2013高考物理一轮复习课件人教版选修3-1)：第八章第三单元 第5课时实验：测定电源的电动势和内阻2013高考物理一轮复习课件(.ppt

* * 第三单元　 实验与探究 第5课时　 实验：测定电源的电动势和内阻 选修3-1　 第八章　电路 基础回顾 1．实验目的 (1)掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内电阻的方法；进一步理解闭合电路欧姆定律． (2)掌握用图象法求电源电动势和内阻的方法． 2．实验原理 本实验的依据是闭合电路的欧姆定律，实验电路如右图(甲)所示，改变滑动变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出2组U、I值，由U＝E－Ir可得 、 r＝ .以上方法误差较大． 为了减小误差，实验中至少测出6组U、I，且变化范围要大些，然后在U-I图中描点画直线，所得直线跟纵轴的交点即为电动势E值，图线斜率的绝对值即为电源内阻r的值(如右图 (乙)所示)． 3．实验器材 被测干电池、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线若干． 4．实验步骤 (1)电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按图连接电路． (2)把滑动变阻器的滑片滑到使其接入电路的阻值最大的一端．闭合S，调节滑动变阻器，使两电表有较合适的示数，记录一组数据(I，U)；再用同样方法测量几组(I，U)数据． (3)断开开关，整理好器材． (4)处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电源的电动势和内阻． 5．注意事项 (1)为了使电池的两端电压变化明显，电池的内阻应选大些的(选用已使用过一段时间的干电池)． (2)在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时严重极化，使得E和r明显变化． (3)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，类似于逐差法，要将测出的(I，U)数据中，第1组和第4组为一组，第2组和第5组为一组，第3组和第6组为一组，分别解出E、r值再求平均． (4)在画U-I图线时，要使尽可能多点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线两侧，不要顾及个别离开直线较远的点，以减小偶然误差． 要点深化 1．U-I图线 (1)U-I图线的理解 U-I图线是根据实验数据画出的图线，由图线看出：电压随电流的增大而减小．原因是当滑动变阻器的电阻R变小时，电路的电流I就增大，电源的内电压U内＝Ir就增大，由电源的外电压U外(即电压表的示数)＝E－U内，知外电压减小． (2)U-I图线坐标平移的理解 干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如下左图所示的状况，使下部大面积空间得不到利用．为此，可使纵坐标不从零开始，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)，如下右图所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小． 此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势．计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝tan α＝ 计算出电池的内阻r. 2．两种测量电路误差分析的几种方法 在电源电动势和内阻测量中，到底选择上图(甲)来实验还是选择上图(乙)来实验的误差较小？ 第一种实验电路(课本上的测量电路)如图(甲)所示．U＝E－Ir中的I是通过电源的电流，由于电压表分流IV，使电流表示数I测小于电池的输出电流I真． 因为，I真＝I测＋IV，而IV＝ ，U越大，IV越大，U趋于零时，IV也趋于零． 所以，它们的关系可用右图(a)表示，测量图线为AB，真实图线为A′B.由图线可以看出r和E的测量值都小于真实值，即r测r真，E测E真． 由于我们选择的电压表的内阻远大于电流表加上滑阻的电阻，故选择图(甲)的电路进行实验误差较小． 第二种实验电路如图(乙)所示．由于电流表的分压作用，所以U真＝U测＋UA＝U测＋IRA，RA为电流表的内阻．这样在U-I图线上对应每一个I应加上一个正值ΔU＝I·RA，由于RA很小，所以在I很小时，ΔU趋于零，I增大，ΔU也增大，理论值与测量值的差异如右图(b)所示．由图可知：E测＝E真，r测r真(内阻测量误差非常大)． 由于我们选择的电流表的内阻略小于滑动变阻器的阻值，这样造成其阻值与并联电路的电阻很接近，故本实验误差较大，通常不要选择图乙的电路进行实验． 电流表内接实验电路产生的相对误差也可以根据等效电源的方法进行定量计算，电流表看成内电路的一部分．如右图虚线框所示，内阻的测量值，即等效电源的内阻为电源内阻和电流表内阻之和r测＝r真＋RAr真，相对误差为 .因为RA与r真接近甚至大于r真．所以，相对误差很大，远远超出实验误差允许范围，内阻的测量已没有意义．当然，对于低压电源而内阻值几千欧的电池(比如水果电池)而言，其相对误