2020-2021学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册课件：4.2 科学测量：电源的电动势和内阻

第2节　科学测量:电源的电动势和内阻 【实验目的】 1.测量电源的电动势和内阻。 2.学会通过计算和作图分析处理实验数据。 【实验器材】 　待测电池一节,_______、_______各一个,滑动变阻器一个,开关一个,导线 若干。 【思考讨论】 电流表和电压表的作用是什么? 提示:电压表用来测量路端电压,电流表用来测量干路电流。 电流表 电压表 【实验原理与设计】 根据闭合电路欧姆定律可以有下面三种思路求出电池的电动势和内阻。 思路1.伏安法测电动势E和内阻r 改变滑动变阻器的阻值,从电流表、电压表中读出两组I和U的值,就可以列出两 个关于E、r的方程:________和________,解方程组可得E、r。 E=U1+I1r E=U2+I2r 思路2:安阻法测电动势E和内阻r 用电流表测干路中的电流,通过改变电路中的电阻,测出两组R、I数据,就可以 列出两个关于E、r的方程:__________和__________解方程组可得E、r。 E=I1(R1+r) E=I2(R2+r) 思路3.伏阻法测电动势E和内阻r 用电压表测得路端电压,通过改变电路中的电阻,测出两组U、R数据,就可以列 出两个关于E、r的方程:___________和___________,解方程组可得E、r。 【实验步骤】 1.确定电流表、电压表的量程,按电路原理图把器材连接好,如图所示。 实验过程·探究学习 2.把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。 3.闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显示数,记录一组电流表和电压表的示数,用同样的方法测量并记录几组I和U的值。 4.断开开关,整理好器材。 【思考·讨论】 (1)实验时选内阻较小的新干电池还是选内阻较大的旧干电池? (科学思维) 提示: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。 (2)当干电池的路端电压变化不很明显时,如何作U-I图像? (科学思维) 提示:当干电池的路端电压变化不很明显时,作图像时纵轴单位可取得小一些, 且纵轴起点可不从零开始。 【数据收集与分析】 为减小测量误差,本实验常选用两种数据处理方法: 1.公式法: 利用依次记录的多组数据(一般6组),分别记录如表所示: 实验序号 1 2 3 4 5 6 I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6 U外/V U1 U2 U3 U4 U5 U6 分别将1、4组,2、5组,3、6组联立方程组解出E1、r1,E2、r2,E3、r3,求出它们 的平均值E= 作为测量结果。 2.图像法: 把测出的多组U、I值,在U-I图中描点画图像,使U-I图像的直线经过大多数坐标 点或使各坐标点大致分布在直线的两侧,如图所示,由U=E-Ir可知: (1)纵轴截距等于电源的电动势E,横轴截距等于外电路短路时的电流Im= 。 (2)图线斜率的绝对值等于电源的内阻 r= 【思考·讨论】 画U-I图像时,个别偏离直线太远的点如何处理? (科学思维) 提示:画U-I图像时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的 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,从而提高精确度。 【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图像时描点不准确。 2.系统误差: 主要原因是未考虑电压表的分流作用,使得电流表上读出的数值比实际的总电 流(即流过电源的电流)要小一些。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,如图所示,可见E测<E真,r测<r真。 【思考·讨论】 如图所示,伏安法测电源电动势和内阻有两种接法,为什么我们会选择电流表内 接的甲电路? (科学思维) 提示:由于电流表内阻与干电池内阻接近,所以电流表应采用内接法,即一般选择误差较小的甲电路图。 电流表外接的乙电路误差是由电流表的分压造成的。 电压表上读出的数值比实际的路端电压要小一些。I越大,电压表的读数与路端电压的偏差就越大,当电路断路时I=0,电流表分压为零。将测量结果与真实情况在U-I坐标系中表示出来,如图所示,可见E测=E真,r测>r真。 类型一　教材原型实验 角度1 实验原理和实验操作 【典例1】某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内阻r,所给的其他器材有: 实验研析·创新学习 A.电压表V:0～3～15 V B.电流表A:0～0.6～3 A C.变阻器R1:(20 Ω　1 A) D.变阻器R2:(1 000 Ω　0.1 A) E.电阻箱R:(0～999.9 Ω) F.开关和导线若干 (1)实验中电压表应选用的量程为　　　　(选填“0～3 V”或“0～15