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4.2测量电源的电动势和内阻
课标要求
1.掌握利用电压表和电流表测量电池电动势和内电阻的方法;
2.学会利用图线处理数据的方法。
3.使学生理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能,具备敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神,培养学生观察能力、思维能力和操作能力,提高学生对物理学习的动机和兴趣。
课前复习
1.测量电源的电动势和内阻
(2)用电流表、电阻箱测量。如图(2)所示:
测出两组I、R值,就能算出电动势和内阻。
原理公式:
(3)用电压表、电阻箱测量。如图(3)所示:
测出两组U、R值,就能算出电动势和内阻。
原理公式:
自主探究
一、测量电路设计
下面我们以图(1)所示的方法介绍实验步骤和实验数据的处理方法。
思考与讨论:怎样设计需要的器材及实验过程?
提示:1.测量电源的电动势和内阻测量电源的电动势和内阻 外接法电路如图——1所示,由于电流表得分压,电压表测得的电压并不是真正的路端电压,这种接法测量值和真实值之间的关系如何呢?
设滑动变阻器的滑片在某一位置时电路中的电流表的示数为I1,电压表的示数为U1,改变滑片的位置,电流表中的示数为I2 ,电压表的示数为U2 由闭合电路的欧姆定律得:如果不考虑电表的影响则有 E=U1+I1 r ① E=U2+I2 r ②
解得: 如果考虑电表的影响,设电流表的内阻为RA则有 ③ ④ 解得:
电流表外接时,由于测量的电流是干路中的电流,测量的电压比路端电压小,所以,同一个电流I下,测量值总是在真实值的下方,反映在图像上如图——2所示。
=,> ,测量的内电阻比真实的内电阻大,多的数值为电流表的内阻,由于一般电源的内阻和电流表的内阻相差不多,采用这种接法时,使得内电阻测量的误差非常大,一般不采用这种接法。
2、电流表内接
电流表内界的电路如图——3所示,由于电压标的分流,测得的电流并不是通过电源的电流,采用这种接法时,电动势和内阻的测量值和真实值之间又有什么关系呢?
设滑动变阻器的滑片在某一位置时电路中的电流表的示数为I1,电压表的示数为U1,改变滑片的位置,电流表中的示数为I2 ,电压表的示数为U2 由闭合电路的欧姆定律得:如果不考虑电表的影响则有 E=U1+I1 r ① E=U2+I2 r ②
解得: 如果考虑电表的影响,设电流表的内阻为RV则有 ③ ④解得:
比较可得:<,< ,测量的内电阻和电动势都比真实的内电阻和电动势小,由于电压表的内阻RV一般比较大,并且U2-U1比较小,所以很小,它的数值对实验影响小,采用这种接法时,使得内电阻和电动势测量的误差较小,一般采用这种接法测电动势和内电阻。
思考与讨论3:测量电源的电动势和内阻.6A档,伏特表一般选0-3V档。
(4)电流不能过大,一般小于0.5A。
四、典型例题
知识点1:仪器选择
例1:在测一节干电池(电动势约为1.5V,内阻约为2Ω)的电动势和内阻的实验中,变阻器和电压表各有两个供选:A电压表量程为15V,B电压表量程为3V,A变阻器为(20Ω,3A),B变阻器为(500Ω,0.2A)。
电压表应该选 (填A或B),这是因为 。
变阻器应该选 (填A或B),这是因为 。
答案:B 、A电压表量程过大,读数误差较大;A 、B变阻器额定电流过小,调节不方便。
点拨提升:关于仪器选择上,应该根据题目中的的待测元件的需要,选择最合适的的电表,量程一般稍大于电源电压,滑动变阻器的选择原则是根据操作方便,选择阻值小,额定电流大的滑动变阻器。
知识点2: 伏安法的应用
例2、如图,R为已知电阻,Rx为待测电阻,K1为单刀单掷开关,K2为单刀双掷开关,V为电压表(内阻极大),E为电源(内阻不可忽略)。现用图中电路测量电源电动势E及电阻Rx。
(1)写出操作步骤:
(2)由R及测得的量,可得E= ,Rx= 。
答案:(1)①K1断开,K2接到a端,记下电压表的读数U1
②K2接到a端,K1闭合,记下电压表的读数U2
③K1仍闭合,K2接到b端,记下电压表的读数U3 (2)U1;Rx=
点拨提升:伏安法测量电源电动势和内阻时,要注意电流表的内外接,以及判断方法,尽量减少系统误差。
例3、测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4.5V,r约为1.5Ω)。
器材:量程3V的理想电压表V,量程0.5A的电流表A(具有一定内阻),固定电阻R=4Ω,滑线变阻器R/
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