202X屆高考物理一輪復習實驗課13測量電源的電動勢與內(nèi)阻課件新人教版

1、實驗課實驗課1313測量電源的電動勢與內(nèi)阻測量電源的電動勢與內(nèi)阻-2-一、實驗目的1.測定電源的電動勢和內(nèi)阻。2.掌握用圖像法求電動勢和內(nèi)阻。二、實驗原理1.實驗依據(jù)閉合電路歐姆定律。2.實驗電路:如圖所示。-3-三、實驗器材電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導線、坐標紙、鉛筆。四、實驗步驟1.電流表用0.6 A量程,電壓表用3 V量程,按實驗原理圖所示連接好電路。2.把滑動變阻器的滑片移動到使接入電路的阻值最大的一端。3.閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1,U1)。用同樣方法測量幾組I、U值,填入表格中。4.斷開開關(guān),拆除電路,整理好器材。 -

2、4-四、實驗數(shù)據(jù)處理1.公式法:E和r的求解,由U=E-Ir取上表6組對應的U、I數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)滿足關(guān)系式U1=E-I1r、U2=E-I2r、U3=E-I3r讓第1式和第4式聯(lián)立方程,第2式和第5式聯(lián)立方程,第3式和第6式聯(lián)立方程,這樣解得三組E、r,分別取平均值作為電池的電動勢E和內(nèi)阻r的大小。-5-2.作圖法:作圖法數(shù)據(jù)處理,如圖所示。 -6-五、注意事項1.可選用舊電池:為了使電路的路端電壓變化明顯,電池的內(nèi)阻宜大些,可選用已使用過一段時間的1號干電池。2.電流不要過大,讀數(shù)要快:干電池在大電流放電時,電動勢E會明顯下降,內(nèi)阻r會明顯增大。因此,實驗中不要將I調(diào)得過大,讀電表要快,每次讀完立

3、即斷電。3.計算法求E、r:要測出不少于6組I、U數(shù)據(jù),且變化范圍要大些,用方程組求解時,要將測出的I、U數(shù)據(jù)中,第1和第4為一組、第2和第5為一組、第3和第6為一組,分別解出E、r值再求平均值。-7-8-六、誤差分析1.偶然誤差:主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U-I圖像時描點不很準確。2.系統(tǒng)誤差,由于電壓表和電流表內(nèi)阻影響而導致的誤差。 甲(1)當電路如圖甲所示時,即電流表內(nèi)接時,系統(tǒng)誤差源于電壓表的分流,由于電壓表的分流作用,使電流表示數(shù)I小于電池的輸出電流I真,導致電源電動勢和內(nèi)阻的測量值E測和r測都比真實值E真和r真小。具體分析時可采用以下幾種方法:-9-10-圖像修正法 乙由

4、于電壓表分流IV,使電流表示數(shù)I小于電池的輸出電流I真,I真= I+IV,而 ,U越大,IV越大。它們的關(guān)系如圖乙所示。實測的圖線為AB,經(jīng)過IV修正后的圖線為AB,可看出AB斜率的絕對值和在縱軸上的截距都小于AB,即實測的E和r都小于真實值。-11-12-(2)伏安法測E、r還可接成如圖丁所示的電路,即電流表外接時,該測量電路存在的系統(tǒng)誤差是由于電流表的分壓作用導致的。因為U真=U測+UA=U測+IRA,RA為電流表的內(nèi)阻,這樣在U-I圖線上對應每一個I應加上一修正值U=IRA,由于RA很小,所以在I很小時,U趨于零,I增大,U也增大,理論值與測量值的差異如圖戊所示。由圖可知E測=E真,r測

5、r真(內(nèi)阻測量誤差非常大)。另外兩種誤差的分析方法請參照(1)中的方法自行分析。-13-考向1考向2考向3實驗原理與操作實驗原理與操作例1用如圖所示電路測量電源的電動勢和內(nèi)阻。實驗器材:待測電源(電動勢約3 V,內(nèi)阻約2 ),保護電阻R1(阻值10 )和R2(阻值5 ),滑動變阻器R,電流表A,電壓表V,開關(guān)S,導線若干。-14-考向1考向2考向3實驗主要步驟:()將滑動變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大,閉合開關(guān);()逐漸減小滑動變阻器接入電路的阻值,記下電壓表的示數(shù)U和相應電流表的示數(shù)I;()以U為縱坐標,I為橫坐標,作U-I圖線(U、I都用國際單位);()求出U-I圖線斜率的絕對值k和在橫軸上

6、的截距a?；卮鹣铝袉栴}:(1)電壓表最好選用;電流表最好選用。 A.電壓表(03 V,內(nèi)阻約15 k)B.電壓表(03 V,內(nèi)阻約3 k)C.電流表(0200 mA,內(nèi)阻約2 )D.電流表(030 mA,內(nèi)阻約2 )-15-考向1考向2考向3(2)滑動變阻器的滑片從左向右滑動,發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大,兩導線與滑動變阻器接線柱連接情況是。 A.兩導線接在滑動變阻器電阻絲兩端的接線柱B.兩導線接在滑動變阻器金屬桿兩端的接線柱C.一條導線接在滑動變阻器金屬桿左端接線柱,另一條導線接在電阻絲左端接線柱D.一條導線接在滑動變阻器金屬桿右端接線柱,另一條導線接在電阻絲右端接線柱(3)選用k、a、R1和R2表示

7、待測電源的電動勢E和內(nèi)阻r的表達式E=,r=。代入數(shù)值可得E和r的測量值。 -16-考向1考向2考向3解析 (1)因電源電動勢為3 V,且電壓表內(nèi)阻越大,系統(tǒng)誤差越小,所以電壓表選A;通過電流表的最大電流約為 =176.5 mA,所以電流表選C;(2)滑動變阻器的滑片從左向右滑動,發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大,說明滑動變阻器連入電路的電阻絲長度在增長,故滑片P左側(cè)電阻絲連入電路,所以一條導線接在電阻絲左端接線柱,另一條導線接在滑動變阻器金屬桿兩端中的任意一端接線柱都可,選項C正確;(3)由閉合電路歐姆定律E=U+I(r+R2),可得U=E-I(r+R2),由題意U=0時,I=a,且r+R2=k,所以得E

8、=ka;r=k-R2。答案 (1)AC(2)C(3)kak-R2-17-考向1考向2考向3實驗數(shù)據(jù)處理實驗數(shù)據(jù)處理例2用電流表和電壓表測定電池的電動勢E和內(nèi)阻r,所用電路如圖甲所示,一位同學測得的6組數(shù)據(jù)如下表所示。-18-考向1考向2考向3(1)試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖乙中作出U-I圖線。 乙(2)根據(jù)圖線求出電池的電動勢E= V,電池的內(nèi)阻r= 。(3)若一位同學未畫出圖線,只選用其中兩組U和I數(shù)據(jù),可利用公式E=U+Ir,算出E和r,這樣做可能得出誤差較大的結(jié)果。選用第組和第組數(shù)據(jù),求得E、r的誤差最大。 -19-考向1考向2考向3解析 (1)作圖時先建立坐標系,建立坐標系時縱軸的電壓應從1.

9、00 V開始取點,再進行描點,然后連線。在連線時發(fā)現(xiàn)坐標(0.32,1.18)顯然不在直線上,所以應將此點舍掉。連線如圖所示。-20-考向1考向2考向3(2)連成線后,將線延長分別與兩坐標軸相交,在縱軸的截距為1.46 V,此即為電動勢。再利用點(0.12,1.37)和點(0.57,1.05)可求出這條直線斜率的絕對值(3)選用第3組和第4組數(shù)據(jù)求得的結(jié)果誤差最大。由圖知,當過第3組和第4組數(shù)據(jù)作直線時,此直線與原直線偏離最大,因此誤差最大。答案 (1)見解析(2)1.460.71(3)34-21-考向1考向2考向3實驗探究拓展實驗探究拓展1.安阻法(1)實驗原理用一個電流表和電阻箱測量,電路

10、如圖所示,測量原理為E=I1(R1+r),E=I2(R2+r),由此可求出E和r,此種方法使測得的電動勢無偏差,內(nèi)阻偏大。若已知電流表A的阻值可消除測內(nèi)阻的系統(tǒng)誤差。-22-考向1考向2考向3(2)圖像法處理數(shù)據(jù) -23-考向1考向2考向3-24-考向1考向2考向3-25-考向1考向2考向3例3某同學通過查找資料自己動手制作了一個電池。該同學想測量一下這個電池的電動勢E和內(nèi)阻r,但是從實驗室只借到一個開關(guān)、一個電阻箱(最大阻值為999.9 ,可當標準電阻用)、一只電流表(量程Ig=0.6 A,內(nèi)阻rg=0.1 )和若干導線。(1)請根據(jù)測定電動勢E和內(nèi)阻r的要求,設(shè)計圖甲中器材的連接方式,把它

11、們連接起來。-26-考向1考向2考向3-27-考向1考向2考向3(3)在圖丙上把描繪出的坐標點連成圖線。 丙(4)根據(jù)圖丙描繪出的圖線可得出這個電池的電動勢E=V,內(nèi)阻r= 。 -28-考向1考向2考向3解析 (1)把各器件直接串聯(lián)即可。 (2)當R=2.6 時,由題圖乙可知I=0.5 A, =2 A-1,坐標為(2,2.6)。-29-考向1考向2考向3(3)圖線是一條傾斜的直線。連線時不能連成折線;為減小偶然誤差,個別偏離太遠的點舍去。答案 (1)(2)(3)見解析(4)1.520.3 -30-考向1考向2考向3例4(2017天津卷)某探究性學習小組利用如圖所示的電路測量電池的電動勢和內(nèi)阻。其中電流表A1的內(nèi)阻r1=1.0 k,電阻R1=9.0 k,為了方便讀數(shù)和作圖,給電池串聯(lián)一個R0=3.0 的電阻。(1)按圖示電路進行連接后,發(fā)現(xiàn)aa、bb和cc三條導線中,混進了一條內(nèi)部斷開的導線。為了確定哪一條導線內(nèi)部是斷開的