高考物理 測定電源的電動勢和內(nèi)阻基礎(chǔ)知識自學(xué)課件.ppt

二 實驗原理閉合電路歐姆定律u e ir 式中u為路端電壓 r為電源內(nèi)阻 i為流過電源的電流 e為電動勢 只要測得兩組 i u 值 列方程組 u1 e i1r可求出e ru2 e i2r 或多測幾組 i u 值 畫出u i圖線 利用圖線的截距和斜率求得e和r 一 實驗?zāi)康? 進(jìn)一步理解閉合電路歐姆定律 掌握用伏特表和電流表測定電源的電動勢和內(nèi)阻的方法 2 進(jìn)一步熟悉電壓表 電流表 滑動變阻器的使用 量程選擇及電表內(nèi)阻對測量電路的影響 3 掌握用圖象法求電動勢和內(nèi)阻的方法 理解并掌握路端電壓u與干路電流i的關(guān)系圖象 即u i圖象 與縱 橫坐標(biāo)軸交點(diǎn)坐標(biāo)的物理意義以及圖象斜率的物理意義 三 實驗器材電池 被測電源 電壓表 電流表 滑動變阻器 開關(guān) 導(dǎo)線 坐標(biāo)紙 測定電源的電動勢和內(nèi)阻 四 實驗步驟1 連接電路 如圖所示 電流表取0 6a量程 電壓表取3v量程 移動觸頭位置 使開關(guān)剛閉合時 連入電路中的有效阻值最大 2 測幾組 i u 值 閉合開關(guān) 移動變阻器觸頭位置 使電流表有明顯示數(shù) 記下一組 i u 值 斷開開關(guān) 用同樣方法 多次移動變阻器觸頭位置 記錄多組 i u 值 然后填入表格中 3 斷開開關(guān) 拆除電路 整理好器材 本實驗一般利用作出u i圖線的方法處理實驗數(shù)據(jù)1 建立坐標(biāo)系 描點(diǎn) 縱軸表示電壓 橫軸表示電流 取合適的標(biāo)度 使所描繪的圖線分布絕大部分坐標(biāo)紙 必要時縱坐標(biāo)可以不從零開始計數(shù) 2 根據(jù)描出的坐標(biāo)點(diǎn)作出u i圖象 應(yīng)使圖象盡量多地通過描出的點(diǎn) 不在圖象上的點(diǎn)要盡量對稱地分布于圖線兩側(cè) 對于個別離圖線較遠(yuǎn)的點(diǎn) 誤差很大 應(yīng)堅決舍棄 如圖所示 3 測算電動勢和內(nèi)阻 1 圖線與縱軸交點(diǎn)為e 2 圖線與橫軸交點(diǎn)為i短 e r 3 圖線的斜率的絕對值表示r u i 五 數(shù)據(jù)處理 六 注意事項1 為了使電池的路端電壓變化明顯 電池的內(nèi)阻應(yīng)選的大些 選用已使用過一段時間的干電池 2 在實驗中不要將i調(diào)得過大 每次讀完u和i的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開電源 3 測出不少于6組i u數(shù)據(jù) 且變化范圍要大些 用方程組求解時 類似于逐差法 要將測出的i u數(shù)據(jù)中 第1和第4組為一組 第2和第5組為一組 第3和第6組為一組 分別解出e r值再求平均 4 在畫u i圖線時 要使盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上 不在直線上的點(diǎn)應(yīng)對稱分布在直線兩側(cè) 不要顧及個別離開直線較遠(yuǎn)的點(diǎn) 以減小偶然誤差 5 干電池內(nèi)阻較小時 u的變化較小 此時 坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)將呈現(xiàn)如圖 甲 所示的狀況 使下部大面積空間得不到利用 為此 可使縱坐標(biāo)不從零開始而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始 橫坐標(biāo)i必須從零開始 如圖 乙 所示 并且把縱坐標(biāo)的比例放大 可使結(jié)果的誤差減小 此時圖線與橫軸交點(diǎn)不表示短路電流 而圖線與縱軸的截距仍為電動勢 要在直線上任取兩個相距較遠(yuǎn)的點(diǎn) 用r u i 計算出電池的內(nèi)阻r 七 誤差分析1 測量電路存在系統(tǒng)誤差 i真 i測 iv中未考慮電壓表的分流作用 2 由于接線不緊 易造成接觸電阻 使內(nèi)阻測量值偏大 3 每次讀完電表示數(shù)后 沒有立即斷電 而是長時間閉合開關(guān)s 甚至在改變滑動變阻器阻值的全過程中始終放電 造成電池電動勢e下降 內(nèi)阻r增大 4 用圖象法求e和r時 由于作圖不準(zhǔn)造成的偶然誤差 例1 用圖所示的電路 測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻 電池的內(nèi)阻較小 為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路 電路中用一個定值電阻r0起保護(hù)作用 除電池 開關(guān)和導(dǎo)線外 可供使用的實驗器材還有 a 電流表 量程0 6a 3a b 電壓表 量程3v 15v c 定值電阻 阻值1 額定功率5w d 定值電阻 阻值10 額定功率10w e 滑動變阻器 阻值范圍0 10 額定電流2a f 滑動變阻器 阻值范圍0 100 額定電流1a 那么 1 要正確完成實驗 電壓表的量程應(yīng)選擇 v 電流表的量程應(yīng)選擇 a r0應(yīng)選擇 的定值電阻 r應(yīng)選擇阻值范圍是 的滑動變阻器 2 引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是 解析 由于電源是一節(jié)干電池 1 5v 所以選量程為3v的電壓表 估算電流時 考慮到干電池的內(nèi)阻一般幾歐左右 加上保護(hù)電阻 最大電流在0 5a左右 所以選量程為0 6a的電流表 由于電池內(nèi)阻很小 所以保護(hù)電阻不宜太大 否則會使得電流表 電壓表取值范圍小 造成的誤差大 滑動變阻器的最大阻值一般比電池內(nèi)阻大幾倍就好了 取0 10 能很好地控制電路中的電流和電壓 若取0 100 會出現(xiàn)開始幾乎不變最后突然變化的現(xiàn)象 關(guān)于系統(tǒng)誤差一般是由測量工具和所用測量方法造成的 一般具有傾向性 總是偏大或者偏小 本實驗中由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比測量值小 造成e測 e真 r測 r真 3 0 6 1 0 10 電壓表的分流 測量電源b的電動勢e及內(nèi)阻r e約為4 5v r約為1 5 器材 量程3v的理想電壓表 量程0 5a的電流表 具有一定內(nèi)阻 固定電阻r 4 滑動變阻器r 開關(guān)s 導(dǎo)線若干 1 畫出實驗電路原理圖 圖中各元件需用題目中給出的符號或字母標(biāo)出 2 實驗中 當(dāng)電流表讀數(shù)為i1時 電壓表讀數(shù)為u1 當(dāng)電流表讀數(shù)為i2時 電壓表讀數(shù)為u2 則可以求出e r 用i1 i2 u1 u2及r表示 例2 用電流表和電壓表測定電源的電動勢e和內(nèi)阻r 所用的電路如圖所示 一位同學(xué)測得的6組數(shù)據(jù)如下表中所示 1 試根據(jù)這些數(shù)據(jù) 在圖中作出u i圖線 2 根據(jù)圖線得出電源的電動勢e v 內(nèi)阻r 3 若不作出圖線 只選用其中兩組u和i的數(shù)據(jù) 可利用公式e u1 i1r和e u2 i2r算出e和r 這樣做可能得出誤差很大的結(jié)果 選用第 組和第 組的數(shù)據(jù) 求得e和r誤差最大 1 45 0 70 3 4 解析 1 圖線如圖所示e 1 45v r 0 70 3 第 組和第 組數(shù)據(jù) 作圖線時 應(yīng)把個別不合理的數(shù)據(jù)排除 由直線與縱軸的交點(diǎn)可讀出電動勢e 1 45v 再讀出直線與橫軸的交點(diǎn)的坐標(biāo) u i 連同得出的e值代入e u ir中 得r e u i 1 45 1 10 0 50 0 70 選用第3組和第4組數(shù)據(jù) 求得的e和r誤差最大 不需要利用所給的6組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行計算 利用作圖就可看出這一點(diǎn) 選用這兩組數(shù)據(jù)求e和r 相當(dāng)于過圖中3和4兩點(diǎn)作一直線 利用此直線求出e和r 而此直線與所畫的直線偏離最大 實際上第4組數(shù)據(jù)不合理 已經(jīng)排除 用圖象法處理數(shù)據(jù)是該實驗的一個重點(diǎn) 在高考中經(jīng)常出現(xiàn) 需要注意兩點(diǎn) 1 作圖時 應(yīng)使盡量多的點(diǎn)分布在直線上 不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè) 個別離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)可忽略 2 如果u i圖象坐標(biāo)原點(diǎn)是u軸 i軸的零點(diǎn) 那么圖線與u軸交點(diǎn)表示電動勢e 與i軸交點(diǎn)坐標(biāo)表示電源短路電流 內(nèi)阻r e i短 當(dāng)然 電源內(nèi)阻也可以用r u i 求得 因此 要特別注意看縱坐標(biāo)的起點(diǎn)是不是零 圖甲是利用兩個電流表和測量干電池電動勢e和內(nèi)阻r的電路原理圖 圖中s為開關(guān) r為滑動變阻器 固定電阻r1和內(nèi)阻之和為10000 比r和滑動變阻器的總電阻都大得多 為理想電流表 1 按電路原理圖在圖乙虛線框內(nèi)各實物圖之間畫出連線 甲 乙 2 在閉合開關(guān)s前 將滑動變阻器的滑動端c移動至 填 a端 中央 或 b端 3 閉合開關(guān)s 移動滑動變阻器的滑動端c至某一位置 讀出電流表和的示數(shù)i1和i2 多次改變滑動端c的位置 得到的數(shù)據(jù)為在如圖所示的坐標(biāo)紙上以i1為縱坐標(biāo) i2為橫坐標(biāo)畫出所對應(yīng)的i1 i2曲線 4 利用所得曲線求得電源的電動勢e v 內(nèi)阻r 保留兩位小數(shù) 5 該電路中電源輸出的短路電流im a 答案 1 連線如圖甲所示 2 b端 3 如圖乙所示 4 1 49 1 48 1 50范圍內(nèi)同樣給分 0 60 0 55 0 65范圍內(nèi)同樣給分 5 2 5 2 3 2 7范圍內(nèi)同樣給分 圖甲 圖乙 考點(diǎn)3實驗拓展創(chuàng)新 例3 在測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗中 由于所用電壓表 視為理想電壓表 的量程較小 某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實物電路 1 實驗時 應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到 選填 最大值 最小值 或 任意值 2 改變電阻箱的阻值r 分別測出阻值r0 10 的定值電阻兩端的電壓u 下列兩組r的取值方案中 比較合理的方案是 選填 1 或 2 3 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點(diǎn) 繪出的1 u r圖象是一條直線 若直線的斜率為k 在1 u坐標(biāo)軸上的截距為b 則該電源的電動勢e 內(nèi)阻r 用k b和r0表示 解析 1 實驗時 應(yīng)使電路中的電阻阻值最大 所以應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到最大 2 方案1中r的阻值與r0相差較大 則r0兩端的電壓過小 電壓表的示數(shù)過小 不能準(zhǔn)確測量r0兩端的電壓 所以方案1不合理 方案2中r的阻值與r0相差較小 r0兩端的電壓較大 電壓表的示數(shù)較大 所以方案2比較合理 3 根據(jù)閉合電路歐姆定律有e u r0 r0 r r 1 u 1 er0 r r0 r er0 由k 1 er0 得e 1 kr0 由b r0 r er0 得r b k r0 本題是一道設(shè)計型實驗題 近幾年高考中電學(xué)實驗較多 幾乎年年都考 試題靈活 考查范圍廣 在注重素質(zhì)教育 注重能力考查的趨勢下 更應(yīng)重視電學(xué)實驗的研究 并通過研究性學(xué)習(xí) 培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計實驗?zāi)芰投嘟嵌忍剿鲗嶒灲Y(jié)論的能力 2010年高考廣東理綜 某同學(xué)利用電壓表和電阻箱測定干電池的電動勢和內(nèi)阻 使用的器材還包括定值電阻 r0 5 一個 開關(guān)兩個 導(dǎo)線若干 實驗原理圖如圖 a 1 在圖 b 的實物圖中 已正確連接了部分電路 請完