第15讲 测量电源的电动势和内阻-【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（粤教2019必修第三册）

第15讲 测量电源的电动势和内阻 课程标准 课标解读 掌握伏安法测量电动势和内阻的原理，能正确操作并进行实验数据的处理. 掌握安阻法、伏阻法测量电动势和内阻的原理，并会用图像法处理数据． SHAPE \* MERGEFORMAT 知识点01伏安法测量电源的电动势和内阻 1．实验器材 被测干电池一节(E约为1.5 V)、直流电压表(量程3 V)、直流电流表(量程0.6 A)、滑动变阻器R(阻值范围0～15 Ω、额定电流2 A)、导线、开关． 2．实验原理 如图1所示，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，可得U＝E－Ir，以电流I为横轴，电压U为纵轴得到U－I图像，图线在纵轴上的截距在数值上等于电源电动势E，图线的斜率在数值上等于电源的内阻r. 图1 3．实验操作与数据处理 (1)确定电流表、电压表的量程，按图示连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端． (2)闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数，并把数据记录在下表中． (3)用同样的方法，依次记录多组U、I的值． (4)断开开关S，拆除电路． (5)以U为纵轴，I 为横轴，将记录的电压、电流值标在坐标纸上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电源电动势，根据斜率大小求出内阻． 物理量 实验次数 1 2 3 4 5 U/V I/A 4.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2所示，可见E测<E真，r测<r真． 图2 5．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)当路端电压变化不是很明显时，作UI图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点可以不从零开始． (4)画U－I图像时，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，从而提高精确度． 【即学即练1】 1．采用如图所示的电路，通过改变外电路电阻R，测出多组U、I的数据，作出 图像，利用图像可以求解出电源的电动势和内电阻；某同学考虑到实验中使用的电压表和电流表的实际特点，认为本实验是存在系统误差的；关于该实验的系统误差，下列分析正确的是（　　） A．滑动变阻器接入电路的阻值越大，系统误差越小 B．滑动变阻器接入电路的阻值大小对系统误差没有影响 C．电流表的分压作用导致该实验产生系统误差 D．电压表的分流作用导致该实验产生系统误差 【即学即练2】 2．测定电源的电动势和内阻”的实验中，下列注意事项中错误的是（ ） A．应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显 B．应选用内阻较小的电压表和电流表 C．移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载 D．根据实验记录的数据作U–I图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧 知识点02 安阻法测量电源的电动势和内阻 1．实验原理 如图3甲所示，根据闭合电路欧姆定律E＝IR＋Ir，得eq \f(1,I)＝eq \f(1,E)R＋eq \f(r,E)，以电阻R为横轴，以电流的倒数eq \f(1,I)为纵轴，得到eq \f(1,I)－R图像是一条直线． 如图乙所示，直线的斜率k在数值上等于eq \f(1,E)，纵轴截距b在数值上等于eq \f(r,E)，所以E＝eq \f(1,k)，r＝eq \f(b,k). 　 图3 2．实验操作与数据处理 (1)按实验原理图连接好实验电路，检查电流表的量程是否合适，并把电阻箱的阻值调至最大． (2)闭合开关S，调节电阻箱，使电流表有明显示数，读取此时电阻R和电流表示数I，并把数据记录在下表中． 物理量 实验次数 1 2 3 4 5 R/Ω I/A eq \f(1,I)/A－1 (3)改变电阻箱的阻值，重复上述步骤(2)，将测量结果记录在表中． (4)断开开关，整理器材． (5)以eq \f(1,I)为纵轴，R为横轴，将记录的数据在坐标纸上描点，过这些点作一条直线，确定直线的斜率和纵轴上的截距，计算出电动势和内阻． 说明：由E＝IR＋