第7課時實驗：測定電源的電動勢和內(nèi)阻

1、第7課時實驗：測定電源的 電動勢和內(nèi)阻一、實驗原理如下圖所示，用電壓表、電流表、滑動變阻器等測電源的電動勢和內(nèi)阻改變R的阻值，從電壓表和電流表中讀出兩組I、U值，代入方程組EU1I1rEU2I2r為了減小偶然誤差，應(yīng)多測幾組I、U值，求出幾組E、r值，最后分別算出它們的_平均值也可以用作圖法來處理數(shù)據(jù)由閉合電路的歐姆定律得：UEIr，與ykxb對比可知，在UI坐標系中，UI圖線是一條直線縱截距bE，斜率kr，所以r|k|.即在坐標紙上以I為橫坐標，U為縱坐標，用測出的幾組I、U值、畫出UI圖象(如上圖)所得直線跟縱軸的交點即為電動勢值，圖線斜率的絕對值即為內(nèi)阻r的值另外，當U0時(即外電路短路

2、時)，橫截距即短路電流I短E/r，因此也可由rE/I短，求內(nèi)阻二、實驗器材待測干電池一節(jié)，電壓表(03 V)，電流表(00.6 A)，滑動變阻器(10 )，開關(guān)一只，導(dǎo)線若干三、實驗步驟1電流表用0.6 A量程，電壓表用3 V量程，按圖所示的電路圖連接好電路2把變阻器的滑片移到一端使其阻值_3閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(I1、U1)，用同樣方法測量幾組I、U的值4斷開開關(guān)，整理好器材最大2應(yīng)注意當電池內(nèi)阻較小時，U的變化較小，圖象中描出的點呈現(xiàn)如圖甲所示狀態(tài)，下面大面積空間得不到利用，所描得的點及作出的圖線誤差較大為此，可使縱軸不從零開始，如圖乙所示，把縱坐標比例放

3、大，可使結(jié)果誤差小些這時，圖線與縱軸的交點仍代表電源的電動勢，但圖線與橫軸的交點不再代表短路狀態(tài)，計算內(nèi)阻要在直線上選取兩個相距較遠的點，由它們的坐標值計算出斜率的_，即為內(nèi)阻r.絕對值一、注意事項1為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些(選用已使用過一段時間的干電池)2干電池在大電流放電時極化現(xiàn)象較嚴重，電動勢E會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大，故長時間放電不宜超過0.3 A，短時間放電不宜超過0.5 A因此，實驗中不要將R調(diào)得過小，讀電表示數(shù)要快，每次讀完應(yīng)立即斷電3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，

4、第3和第6為一組，分別解出E、r值再取平均值4在畫UI圖線時，要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側(cè)個別偏離直線太遠的點可舍去不予考慮這樣，就可使偶然誤差得到部分抵消，從而提高測量精度5干電池內(nèi)阻較小時路端電壓U的變化也較小，即不會比電動勢小很多，這時，在畫UI圖線時，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當值開始(橫坐標I必須從零開始)但這時圖線和橫軸的交點不再是短路電流Im，不過圖線與縱軸截距仍為電動勢，直線斜率的絕對值仍是電源的內(nèi)阻如下圖所示 6.由于電流表內(nèi)阻與干電池內(nèi)阻接近，所以電流表應(yīng)采用下圖甲所示電路圖的接法二、誤差分析1測量電路存在系統(tǒng)誤差，電壓表

5、、電流表內(nèi)阻影響不能忽略甲(1)如圖甲電路：在理論上EU(IVIA)r，其中電壓表示數(shù)U是準確的電源兩端電壓而實驗中忽略了通過電壓表的電流IV而形成誤差(如圖乙中虛線段)，而且電壓表示數(shù)越大，IV越大乙(2)如圖丙電路：UI圖線如圖丁所示，IA為電源電流真實值，理論上有EUUA十IAr，其中的UA不可知， 丙而造成誤差(如虛線段為UA)，而且電流表示數(shù)越大，UA越大，當電流為零時，UA0，電壓為準確值，等于E.丁2測量過程中通電時間過長或電流過大，都會引起E、r變化3儀表讀數(shù)時，會存在偶然誤差4作圖的描點連線過程，會有偶然誤差三、實驗改進本實驗的目的是測電源的E、r，原理是閉合電路的歐姆定律，

6、方法是通過電路調(diào)節(jié)使U、I變化根據(jù)具體的電路結(jié)構(gòu)關(guān)系去求解E、r，因此只要滿足以上要求的電路即可，以下簡介兩例：1電阻箱、電流表測定：(1)電路如右圖(2)原理：據(jù)EI(Rr)，調(diào)節(jié)R，可得多組I、R.可列方程組求解再取平均值一、用電流表、電壓表測電源的電動勢和內(nèi)阻實驗室中有下列器材：量程0.5 A的電流表、量程3 V的電壓表V(內(nèi)阻較大)、滑動變阻器R、固定電阻R14 、電鍵S、導(dǎo)線若干欲測量某一電源的電動勢E及內(nèi)阻r(E約為4.5 V，r約為1.5 )(1)請設(shè)計一個測量方案(畫出實驗電路原理圖即可)(2)用圖象法處理由你設(shè)計的實驗得到的數(shù)據(jù)時，要使圖線是直線如何建立坐標軸？如何進一步由圖

7、象求得待測電源的電動勢E和內(nèi)阻r.(3)按你設(shè)計的實驗電路原理圖，從下圖實物圖中挑選實物并進行連線【解析】實驗中電流的最大值為0.5 A，此時電源內(nèi)電壓約1.50.5 V0.75 V，外電壓4.5 V0.75 V3.75 V高于3 V，故無法直接用電壓表測量路端電壓，應(yīng)將定值電阻R1用作保護電阻，進行串聯(lián)分壓，使得電壓表只測量外電路的部分電壓【答案】(1)實驗電路原理圖如圖(2)由EUI(rR1)得UEI(rR1)，故以U為縱軸，I為橫軸，得到的圖線是直線可先由縱截距bE，求出電動勢E，再由斜率k的絕對值等于(rR1)求出內(nèi)阻r.(3)實物圖連線如下圖二、其它方法測電源的電動勢和內(nèi)阻某實驗小組

8、要測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，實驗室提供的實驗器材如下：A待測的干電池(電動勢約為1.5 V，內(nèi)電阻約為2 )B電壓表V1(02 V，內(nèi)阻RV14 000 )C電壓表V2(02 V，內(nèi)阻RV2約為3 500 )D電流表A(03 A，內(nèi)阻0.1 )E電阻箱R1(09 999 )F滑動變阻器R2(0200 ，1 A)G開關(guān)和導(dǎo)線若干該小組根據(jù)以上實驗器材設(shè)計了如右圖所示的電路來測量電源的電動勢和內(nèi)阻(1)請你根據(jù)實驗電路補充完整主要的實驗步驟：a閉合開關(guān)_，記下V1的讀數(shù)U1，b閉合開關(guān)_，斷開開關(guān)_，記下_(2)請你根據(jù)以上步驟記錄的物理量和已知的物理量寫出該干電池的電動勢和內(nèi)阻的表達式：E_

9、.r_.(3)在現(xiàn)有器材的條件下，請你選擇合適的實驗器材，并設(shè)計出另一種測量干電池電動勢和內(nèi)阻的方案，在下邊方框中畫出實驗電路圖(4)如果要求用圖象法處理你設(shè)計的實驗的數(shù)據(jù)，并能根據(jù)圖象較直觀地求出電動勢和內(nèi)阻，則較適合的函數(shù)表達式是_請你在下邊虛框中畫出此表達式對應(yīng)的大致圖象(2009年高考重慶理綜)硅光電池是一種可將光能轉(zhuǎn)換為電能的器件某同學(xué)用圖甲所示電路探究硅光電池的路端電壓U與總電流I的關(guān)系圖中R0為已知定值電阻，電壓表視為理想電壓表命題研究 丙(1)請根據(jù)圖甲，用筆畫線代替導(dǎo)線將圖丙中的實驗器材連接成實驗電路(2)若電壓表V2的讀數(shù)為U0，則I_.(3)實驗一：用一定強度的光照射硅光

10、電池，調(diào)節(jié)滑動變阻器，通過測量得到該電池的UI曲線a，見圖丙由此可知電池內(nèi)阻_(填“是”或“不是”)常數(shù)，短路電流為_mA，電動勢為_V.(4)實驗二：減小實驗一中光的強度，重復(fù)實驗，測得UI曲線b，見圖丙當滑動變阻器的電阻為某值時，若實驗一中的路端電壓為1.5 V，則實驗二中外電路消耗電功率為_mW(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)【解析】(1)見答案(2)電壓表V2測量的是R0兩端的電壓(3)由EUIr有UEIr，即在UI圖線中縱軸截距表示E，圖線斜率表示r，橫軸上截距表示短路電流【答案】(1)見下圖已知電源的外伏安特性曲線，求接在該電源兩端的定值電阻的功率，此類問題經(jīng)常在高考和模擬考試中出現(xiàn)，解決此類問題的關(guān)鍵是找到定值電阻的工作電壓和電流，尋找的方法是在電源的外伏安特性曲線圖上作定值電阻的伏安特性曲線，兩圖線的交點即此電路中定值電阻的工作點，功率PUI計算求得這道真題考查了考生利用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的能力，對圖象問題，要注意“圖象與函數(shù)方程的一一對應(yīng)”若已知或畫出的圖象是直線，可根據(jù)圖象的坐標軸，應(yīng)用物理規(guī)律，找出對應(yīng)的函數(shù)方程，也就確定出了直線圖象斜率和截距的物理意義(2009年高考北京理綜)某同學(xué)通過查找資料自己動手制作了一個電池該同學(xué)想測量一下這個電池的電動勢E和內(nèi)電阻r，但是從實驗室只借到一個開關(guān)