第02章 实验：测量电源的电动势和内阻-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（粤教版选修3-1）

[目标定位]　1.知道测量电源的电动势和内阻的实验原理.2.通过实验过程，掌握实验方法，学会根据图象合理外推进行数据处理的方法.3.尝试分析电源电动势和内阻的测量误差，了解测量中减小误差的方法． 一、实验原理和方法 1．实验原理 利用闭合电路的欧姆定律 2．实验方法 (1)伏安法：由E＝U＋Ir知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表，电路图如图1所示． 图1 (2)安阻法：由E＝IR＋Ir可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图2所示． 图2 (3)伏阻法：由E＝U＋r知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图3所示． 图3 二、实验步骤(以伏安法为例) 1．电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3 V量程，按实验原理图连接好电路(如图1)． 2．把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最大． 3．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)．用同样的方法测量几组I、U值． 4．断开开关，整理好器材． 5．处理数据，用公式法和图象法这两种方法求出电池的电动势和内阻．[来源:学_科_网Z_X_X_K] 三、实验数据的处理 1．计算法：由E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r可解得E＝.[来源:学科网ZXXK]，r＝ 可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值． 2．作图法 (1)本实验中，为了减少实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据多次测出的U、I值，作U－I图象； (2)图线跟纵轴的交点的纵坐标数值上等于电源电动势E； (3)横轴截距点(路端电压U＝0)意味着短路情况，它的数值就是短路电流； (4)图线斜率数值上等于电源的内阻r，即r＝|，如图4所示. |＝ 图4 四、注意事项 1．为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表． 2．实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池因大电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化． 3．当干电池的路端电压变化不很明显时，作图象，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始． 如图5所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r＝||求出． 图5 五、误差分析 1．偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作U－I图象时描点不准确． 2．系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些．U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U－I坐标系中表示出来，可以得到E测＜E真，r测＜r真． 例1　在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中． (1)备有如下器材 A．干电池1节　B．滑动变阻器(0～20 Ω)　C．滑动变阻器(0～1 kΩ)　D．电压表(0～3 V)　E．电流表(0～0.6 A) F．电流表(0～3 A)　G．开关、导线若干[来源:学科网ZXXK] 其中滑动变阻器应选________，电流表应选________．(只填器材前的序号) (2)为了最大限度的减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图． (3)某同学根据实验数据画出的U－I图象如图6所示，由图象可得电池的电动势为________ V，内阻为________ Ω. 图6 (4)写出该实验误差的原因：________________；电动势的测量值________真实值，内阻的测量值________真实值．(填“大于”“等于”或“小于”) 解析　(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因干电池内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可，故滑动变阻器应选B.(也可以从便于调节的角度来分析，应该选择阻值较小的滑动变阻器．) 电流表的量程要大于电源允许通过的最大电流，对于干电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5 A，故需要选择0～0.6 A，所以电流表应选E. (2)电路图如图所示． (3)由U－I图象可知：纵截距为1.5 V，故干电池的电动势为1.5 V；内阻r＝ Ω＝1 Ω. ＝ (4)由于电压表的分流作用，使电流表读数总是比干路电流小，造成E测＜E真， r测＜r真． 答案　(1)B　E　(2)见解析图 (3)1.5　1　(4)电压表的分流　小于　小于 例2　某研究性学习小组利用如图7甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r.根据实验数据绘出如图乙所示的R－图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E