4.2 科学测量：电源的电动势和内电阻 课件（17张）-福建省莆田第二中学2021-2022学年高二物理鲁科版（2019）必修第三册

第2节 科学测量：电源的电动势和内电阻 实验目的 (1)测量电源的电动势和内阻. (2)学习通过计算和作图分析处理实验数据. 实验器材 电流表、电压表、滑动变阻器、电键、导线、被测电池 预习导学 梳理·识记·点拨 实验原理与设计 利用闭合电路欧姆定律来测量，电路图如图所示．通过 改变电路状态，电路中的电压、电流均发生变化，用_______和_______测量出__ _和__ _ 的两组数据，列出两个方程，进而求解出电动势E和内阻r. 改变滑动变阻器 电压表 电流表 U I 实验步骤 (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. (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U、I值. (4)断开开关，整理好器材. (5)处理数据，用公式法和作图法这两种方法求出电池的电动势和内阻. ②将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就是电池电动势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图线斜率的绝对值即电池的内阻r，即r＝ ＝ ，如图所示. 数据分析 (1)求平均值法：由E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r可解得 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U－I图象法 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； 536870956.unknown 536870957.unknown 536870958.unknown 注意事项 1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选的大些(选用已使用过一段时间的干电池)． 2．在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开 电源，以免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得E和r明显变化． 3．测出不少于6组I和U的数据，且变化范围要大些，用方程组求解 时，类似于逐差法，要将测出的U、I数据中，第1和第4组为一组，第2和第5组为一组，第3和第6组为一组，分别解出E、r值再求平均． 4．在画UI图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线两侧，不要顾及个别离开直线较远的点，以减小偶然误差． 5．干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况，使下部大面积空间得不到利用．为此，可使纵坐标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)，如图乙所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小．此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势．要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝|eq \f(ΔU,ΔI)|计算出电池的内阻r. 误差分析 1．由读数和电表线性不良引起误差． 2．用图象法求E和r时，由于作图不准确造成误差． 3．本实验采用如图所示的测量电路是存在系统误 差的，这是由于电压表的分流IV引起的，使电流表的示数I测小于电池的输出电流I真．因为I真＝I测＋IV，而IV＝U/RV，U越大，IV越大，U趋近于零时IV也趋近于零．所以此种情况下图线与横轴的交点为真实的短路电流，而图线与纵轴的交点为电动势的测量值，比真实值偏小．修正后的图线如上图所示，显然，E、r的测量值都比真实值偏小， r测＜r真、E测＜E真． 4．若采用如图甲所示电路，电流是准确的，当I很小时，电流表的分压很小，但随电压的增大，电流I增大，电流表的分压作用也逐渐增大．此种情况的U－I图线如图乙所示，所以E测＝E真、r测>r真． 例题. 一位同学记录的6组数据见表。试根据这些数据在下图中画出U—I图线，并根据图线读出电池的电动势E= v，电池的内阻 r = Ω . · · · · · · 1.48 0.75 I(A) U(V) 0.12 1.37 0.20 1.32 0.31 1.24 0.35 1.20 0.50 1.10 0.57 1.05 U/ I/ * [例1]　用如图所示的电路，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、电键和导线外，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