物理选修3-1第二章第十节测定电源的电动势和内电阻.ppt

第10节　实验：测定电池的电动势和内阻;一、实验目的 1. 测定电源的电动势和内阻． 2. 认识电源输出电压随电流变化的图象． 二、实验原理 1. 实验电路图如图所示 2. 电动势与内阻的求解;三、实验器材 电池(待测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线和坐标纸． 四、实验步骤 1. 连接电路：确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好．;2. 测量数据：闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组I、U值．;2. 干电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电时电流不宜超过0.3 A，短时间放电时电流不宜超过0.5 A.因此，实验中不要将R调得过小，读电表示数要快，每次读完应立即断电． 3. 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值再取平均值． 4. 在画U－I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧．个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑．这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高测量的精度．;1. 每次读完电表示数没有立即断电，造成E、r变化． 2. 测量电路存在系统误差，实验电路采用电流表内接法时，I真＝I测＋IV，未考虑电压表的分流，实验电路电流表外接法时，电路中U真＝U测＋UA，未考虑UA. 3. 用图象法求E、r时，作图不准确造成偶然误差．;4. 由于实验电路及电压表、电流表内阻的影响，本实验结果E测E真，r测r真，定性分析如下(参考电路原理图内接法)：由于电压表的分流，电流表的测量值偏小，而且随着U越大，电流表的测量值偏小越多．当U＝0时，电流表的测量值等于真实值(这时要求电流表是理想的)．据此作出如图所示的真实和测量的U－I图线，由图不难看出，E、r的测量值均小于真实值．;例1 用如图所示电路，测定一 节干电池的电动势和内阻．电 池的内阻较小，为了防止在调 节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有： (a)电流表(量程0.6 A、3 A)； (b)电压表(量程3 V、15 V)； (c)定值电阻(阻值1 Ω、额定功率5 W)；;(d)定值电阻(阻值10 Ω、额定功率10 W)； (e)滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω、额定电流2 A)； (f)滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω、额定电流1 A)． 那么 (1)要正确完成实验，电压表的量程应选择______ V，电流表的量程应选择______A；R0应选择______ Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是______ Ω的滑动变阻器． (2)引起该实验系统误差的主要原因是___________．;【解析】由于电源是一节干电池(1.5 V)，所以选量程为3 V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几欧左右，加上保护电阻，最大电流在0.5 A左右，所以选量程为0.6 A的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取0～10 Ω能很好地控制电路中的电流和电压，若取0～100 Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象． 关于系统误差一般是由测量工具和所用测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小．本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测＜E真，r测＜r真．;【方法与知识感悟】测定电源电动势和内阻的实验中，对于滑动变阻器的选取，一般阻值不宜过大，否则造成电压表的示数变化不明显，一般选阻值比电源内阻大几倍的即可．;例2某同学利用如下右图所示电路测电池的电动势和内电阻，记录的6组数据如下表所示． (1)为了使实验结果相对精确，请根据数据分布的特点，在下图给出的U－I坐标轴上标上合适的坐标值，并作出U－I图象．;(2)根据图象求出电池的电动势E＝______V，电池的内电阻r＝______ Ω.;【答案】(1) (2)1.46　0.72;【方法与知识感悟】在测定电源电动势和内阻实验中作图处理数据时，由于干电池内阻较小使得路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多，由此描点绘图，如图甲所示，这样图线未布满整个坐标纸，斜率的计算误差大．为作图方便，在画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)．但这时图线和横轴的交点不再是短路电流I短，不过图线与纵轴的截距仍为电动势，直线斜率的绝对值仍是电源的内阻．如图乙所示．;例3某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一节1.5