第4章 第3节 测量电源的电动势和内电阻-2020-2021学年高中物理选修3-1【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第3节　测量电源的电动势和内电阻 一、实验目的 1．进一步熟练电压表、电流表、滑动变阻器的使用。 2．学会用伏安法测电池的电动势和内阻。 3．学会利用图象处理实验数据。 二、实验原理 1．原理图如图4－3－1所示。 图4－3－1 2．原理：通过改变滑动变阻器的阻值，用电压表和电流表测出每种状态(最少两种)下的U、I值，列出两个方程，即可求出电动势E和内阻r。即 联立求解可得 三、实验器材 被测电池(干电池)、电流表、电压表、滑动变阻器、电键和导线等。 四、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4－3－2所示。 图4－3－2 2．把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。 3．闭合电键，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．断开电键，整理好器材。 五、数据处理 1．代数法：运用方程组求解E和r。 为了减小实验的偶然误差，应该利用U、I值多求几组E和r的值，算出它们的平均值。 2．图象法：对于E、r一定的电源，路端电压U与通过干路的电流I的U－I图象是一条直线，这条直线与纵轴U的交点表示电源的电动势E，与横轴I的交点，表示短路电流，图线斜率的绝对值表示电源的内阻r。在读图时应注意图象的纵坐标是否是从零开始的，若从零开始，如图4－3－3甲所示，则r＝，若不是从零开始，如图乙所示，则r＝。 图4－3－3 六、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，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化。 3．若干电池的路端电压变化不很明显，作图象时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始。 如图4－3－4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4－3－4 4．为了提高测量的精确度，在实验中I、U的变化范围要大一些，计算E、r时，U1和U2、I1和I2的差值要大一些。 七、误差分析 1．偶然误差 (1)电压表和电流表的读数误差。 (2)由于导线与电池接触不好造成电池内阻不稳定产生误差。 (3)作U－I图线时描点、连线不准确产生误差。 2．系统误差 公式U＝E－Ir中I是通过电源的电流，而本实验电路是存在系统误差的，这是由于电压表分流IV，使电流表示值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图4－3－5表示，由图线可看出r和E的测量值都小于真实值。r测＜r真，E测＜E真。 图4－3－5 八、实验创新 　测电源E、r的其他方案 主要仪器 原理 电路图 伏阻法(电压表、 变阻箱) 安阻法(电流表、 变阻箱) [来源:学&科&网] 考点一　仪器选择和电路连接 [例1]　用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V，内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用： A．电流表：量程0.6 A，内电阻约1 Ω B．电流表：量程3 A，内电阻约0.2 Ω C．电压表：量程3 V，内电阻约30 kΩ D．电压表：量程6 V，内电阻约60 kΩ E．滑动变阻器：0～1 000 Ω，额定电流0.5 A F．滑动变阻器：0～20 Ω，额定电流2 A (1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)。 (2)如图4－3－6为正确选择仪器后，连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将________和________相连、________和________相连、__________和________相连(均填仪器上接线柱的字母代号)。 图4－3－6 [解析]　(1)由于被测电池组的电动势约4.5 V，因此电压表应选用D，由于电池允许通过的电流一般不超过0.5 A，因此电流表选用A，滑动变阻器起限流作用，为了方便调节，因此阻值不宜太大，选用F。 (2)考虑到电流表内电阻与电池组的内电阻相差不大，而电压表内电阻特别大，为了使测量误差尽可能小，需用电压表测量电流表和滑动变阻器的总电压，故还需在电路中用导线将a与d相连接，c与g相连接，f与h相连接，电路连接如图。 [答案]　见解析 [规律总结] 选择实验仪器的三个原则 (1)安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流。 (2)精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在不超量程的前提下，尽量选用小量程的，对欧姆表来讲尽量让