第10课 测电源电动势和内电阻-【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版选修3-1）

第10节 测电源电动势和内电阻目标导航 学习目标 1.知道伏安法测量电源电动势和内阻的实验原理，进一步理解电源路端电压随电流变化的关系。 2.学会根据图象合理外推进行数据处理的方法。 3.尝试进行电源电动势和内电阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的办法。 核心提炼 3个测量方法——伏安法、安阻法、伏阻法 2种数据处理方法——计算法、作图法 知识精讲 知识点01 实验原理和方法 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 知识点02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(如图1)连接好电路。 2.把滑动变阻器的滑片移到最左端，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，用公式法和图象法求出电池的电动势和内阻。 知识点03实验数据的处理 1.计算法：由E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r可解得 E＝，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)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I短＝。 (4)图线斜率的绝对值等于电池的内阻r，即r＝||＝，如图4所示。 图4 知识点04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 知识点05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。 【知识拓展】 一、实验原理和数据处理 [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 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。 图6 (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。 (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