实验10 测定电源的电动势和内阻(原卷版)-高中物理.docx
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1、更多资源关注微信公众号:学起而飞 实验十实验十测定电源的电动势和内阻(原卷版)测定电源的电动势和内阻(原卷版) 1.实验原理 (1)如图甲所示,改变 R 的阻值,从电压表和电流表中读出几组 I、U 值,利用闭合电路的欧姆定律求出几组 E、r 值,最后分别算出它们的平均值。 甲乙 (2)用图象法来处理数据,在坐标纸上以 I 为横坐标、U 为纵坐标,用测出的几组 I、U 值画出 U-I 图象,如 图乙所示,直线跟纵轴的交点的纵坐标表示电源电动势 E 的值,图线的斜率的绝对值即内阻 r 的值。 2.实验器材 电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。 3.实验步骤 (1)电流表用
2、 0.6 A 量程,电压表用 3 V 量程,按实验原理图连接好电路。 (2)把滑动变阻器的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一端。 (3)闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数并记录一组数据(I1,U1)。用同样方法测量出六组 I、U 的值,并填入表格中。 组数 物理量 第 1 组第 2 组第 3 组第 4 组第 5 组第 6 组 U/V I/A (4)断开开关,拆除电路,整理好器材。 4.数据处理 (1)公式法:联立六组对应的 U、I 数据,满足关系式 U1=E-I1r、U2=E-I2r、U3=E-I3r、,让第 1 式和第 4 式联立方程,第 2 式和第 5 式联立方程,第 3 式和第
3、 6 式联立方程,这样解得三组 E、r 值,取其平均值作为电池 的电动势 E 和内阻 r。 (2)图象法:在坐标纸上以路端电压 U 为纵轴、 干路电流 I 为横轴建立 U-I 坐标系,在坐标平面内描出各组 (I,U)值所对应的点,然后尽量多地通过这些点作一条直线,不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧,如图所 更多资源关注微信公众号:学起而飞 示。 图线与纵轴交点为 E。 图线与横轴交点为 I短=? ?。 图线的斜率的绝对值表示 r= ? ? 。 5.误差分析 (1)偶然误差 由于读数不准和电表接线不良引起的误差。 用图象法求 E 和 r 时,由于作图不准确造成的误差。 测量过程中通电时间过长或
4、电流过大,都会引起 E、r 变化。 (2)系统误差 由电压表和电流表内阻影响而导致的误差。 若采用如图甲所示的电路,在理论上 E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数 U 是准确的电源两端电压。但实 验中忽略了通过电压表的电流 IV,因此形成误差,而且电压表示数越大,IV越大。 甲乙 结论: a.当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值=真实值。 b.E测E真。 c.因为 r测= ?测 ?短,所以 r 测r真。 从电路的角度看,电压表应看成内电路的一部分,故实际测出的是电池和电压 表这一整体的等效内阻和电动势(r测和 E测),如图乙所示,因为电压表和电池并联,所以 r测小于电池
5、内阻 r真,因 为外电阻 R 断开时,a、b 两点间电压 Uab等于电动势 E测,此时电源与电压表构成回路,所以 UabE真,即 E测E 真。 更多资源关注微信公众号:学起而飞 若采用如图丙所示的电路,IA为通过电源的电流真实值,理论上有 E=U+UA+IAr,其中 UA不可知,因此造 成误差,而且电流表示数越大,UA越大,当电流为零时,UA=0,电压为准确值,等于 E。 丙丁 结论: a.E 为真实值。 b.I短测r真,r测为 r真和 RA的串联值,由于通常情况下电池的内阻较小,所以这时 r测的测量 误差非常大。 6.注意事项 (1)为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些(选用已使用
6、过一段时间的干电池)。 (2)在实验时,电流不能过大,通电时间不能太长,以免对 E 和 r 产生较大影响。 (3)要测出不少于 6 组的(I,U)数据,且变化范围要大些,然后用方程组求解,并求平均值。 (4)画 U-I 图线时,由于读数的偶然误差,描出的点不在一条直线上,在作图时应使图线通过尽可能多的点, 并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去。这样就可使偶然误差得到部分 抵消,从而提高精确度。 (5)由于干电池的内阻较小,路端电压 U 的变化也较小,这时画 U-I 图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而 是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标 I 必须从零开始),
7、但这时图线在横轴的截距不再是短路电流,而 在纵轴的截距仍为电源电动势,图线斜率的绝对值仍为电源的内阻。 【典例 1】为了测量一节干电池的电动势和内阻,某同学采用了伏安法,现备有下列器材: A.被测干电池一节 B.电流表 1:量程为 00.6A,内阻 r=0.3 C.电流表 2:量程为 00.6A,内阻约为 0.1 D.电压表 1:量程为 03 V,内阻未知 E.电压表 2:量程为 015 V,内阻未知 F.滑动变阻器 1:010 ,允许通过的最大电流为 2 A 更多资源关注微信公众号:学起而飞 G.滑动变阻器 2:0100 ,允许通过的最大电流为 1 A H.开关、导线若干 在用伏安法测电池电
8、动势和内阻的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差;在现有 器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻。 (1)在上述器材中请选择适当的器材:(填写选项前的字母)。 (2)实验电路图应选择下图中的(选填“甲”或“乙”)。 甲乙丙 (3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的 U-I 图象,则干电池的电动势 E=V,内阻 r=。 【针对训练 1】甲同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势 E 及电阻 R1和 R2的阻值。 实验器材有:待测电源 E(不计内阻),待测电阻 R1,待测电阻 R2,电压表(量程为 1.5 V,内阻很大),电阻箱 R(099.99
9、),单刀单掷开关 S1,单刀双掷开关 S2,导线若干。 (1)先测电阻 R1的阻值。请将甲同学的操作补充完整: A.闭合 S1,将 S2切换到 a,调节电阻箱,读出其示数 R0和对应的电压表示数 U1。 B.保持电阻箱示数不变,读出电压表的示数 U2。 C.电阻 R1的表达式为 R1=。 甲乙 (2)甲同学已经测得电阻 R1=4.80 ,继续测电源电动势 E 和电阻 R2的阻值。该同学的做法是:闭合 S1,将 S2切 换到 a,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数 R 和对应的电压表示数 U,由测得的数据,绘出了如图乙所示的 1 ?- 1 ?图线,则电源电动势 E= V,电阻 R2=(计算结算保
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