高考物理 双基突破(二)专题17 实验:测定电源的电动势和内阻精讲-人教版高三全册物理试题.doc
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1、专题17 实验:测定电源的电动势和内阻一实验目的1、掌握用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻的方法;2、掌握用图象处理实验数据的方法。二实验原理1实验依据:闭合电路欧姆定律。2实验方法:(1)用电压表、电流表、可变电阻(如滑动变阻器)测量。测出两组U、I值,就能算出电动势和内阻。原理公式:EUIr。图甲适合测量内阻较小的电池;图乙适合测量内阻较大的电池(如水果电池)。由UEIr得,解得E=、r=。(2)用电流表、电阻箱测量。如图甲,测出两组I、R值,就能算出电动势和内阻。原理公式:EI(Rr)。(3)用电压表、电阻箱测量。如图乙,测出两组U、R值,就能算出电动势和内阻。原理公式:EUr。3用
2、作图法处理数据,以路端电压U为纵轴,以干路电流I为横轴,作U-I图线,如图。(1)图线与纵轴交点(在纵轴上的截距)代表电源电动势E;(2)图线与横轴交点(纵轴起点为零时)为I短;(3)图线的斜率绝对值代表电源的内阻r,即r|。三实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。四基本操作1电流表用0.6 A的量程,电压表用3 V的量程,按实验原理图连接好电路。2把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端。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)。用同样的方法再测量几组I、U值,填入表格中。4断开开关,拆除电路,整理好器材。五数据处理(1)公式法
3、:原则上,利用两组U、I数据,根据公式EUIr,便可得到E、r,但这样误差较大,为减小误差,可测多次求平均值。(2)图象法:将多组U、I数据描在坐标纸上,利用图线求解电动势和内阻。图线的纵坐标是路端电压,横坐标是干路电流,根据UEIr,图线是向下倾斜的直线。电阻的伏安特性曲线中,U与I成正比,前提是R保持不变,而这里的UI图线中,E、r不变,外电阻R改变,正是R的变化,才有I和U的变化。实验中至少得到5组以上实验数据,画在坐标纸上拟合出一条直线。要使多数点落在直线上,且分布在直线两侧的点个数大致相等。将图线延长,纵轴截距点意味着断路情况,它的数值就等于电动势。横轴截距点(路端电压U0)意味着短
4、路情况,它的数值就等于短路电流。【特别提醒】(1)两个截距点均是无法用实验实际测到的,是利用得到的图线向两侧合理外推得到的。(2)由于r一般很小,得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确,可以将纵轴的坐标不从零开始,计算r时选取直线上相距较远的两点求得。六注意事项1可选用旧电池:由于电池内阻一般较小,为了使电路的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已使用过一段时间的1号干电池。或给电池串联一个定值电阻R0,测出等效内阻后再减掉R0即可。2电流不要过大,读数要快:干电池在大电流放电时,电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,故长时间放电不宜超过0.3 A,短时间放电不宜超过0.5 A
5、。因此,实验中不要将I调得过大,读电表要快,每次读完立即断电。电流表一般选00.6 A挡,电压表一般选03 V挡。3计算法求E、r:要测出不少于6组I、U数据,且变化范围要大些,用方程组求解时,要将测出的I、U数据中,第1和第4为一组、第2和第5为一组、第3和第6为一组,分别解出E、r值再求平均值。4合理选择标度:为使图线分布空间大,如图,纵坐标可以不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电流,电源的内阻不能用r确定,应根据r确定。5、电流表要内接(因为r很小)。七误差分析1、偶然误差:用图象法求E和r时作图不准确。(1)由于读数不准和电表线性不良引起误差。(2)用图象法求E和r时,由于作图不
6、准确造成误差。 (3)测量过程中通电时间过长或电流过大,都会引起E、r变化。2、系统误差 (1)如图甲所示,在理论上EU(IVIA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差,而且电压表示数越大,IV越大。结论:当电压表示数为零时,IV0,IAI短,短路电流测量值真实值;E测E真;因为r测,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
7、回路,所以UabE真,即E测E真。(2)若采用如图丙所示电路,IA为电源电流真实值,理论上有EUUAIAr,其中UA不可知,而造成误差,而且电流表示数越大,UA越大,当电流为零时,UA0,电压为准确值,等于E。结论:E为真实值;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。突破点一、实验原理与操作【题1】利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻要求尽量减小实验误差。(1)应该选择的实验电路是图中的_(选填“甲”或“乙”)。(2)现有电流表(00.6 A)、开关和导线若干,以及以下器材:A电压表(015 V)B电压表(03 V)C滑动变
8、阻器(050 )D滑动变阻器(0500 ) 实验中电压表应选用_;滑动变阻器应选用_。(选填相应器材前的字母)(3)某位同学记录的6组数据如下表所示,其中5组数据的对应点已经标在图的坐标纸上,请标出余下一组数据的对应点,并画出UI图线。序号123456电压U(V)1.451.401.301.251.201.10电流I(A)0.0600.1200.2400.2600.3600.480(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E_V,内电阻r_。(5)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化下图的各示意图中正确反映PU关系的是_。【答案】1)甲(2)BC
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