4.2科学测量：电源的电动势和内阻-2022-2023学年高二物理同步备课系列（鲁科版2019必修第三册）

鲁科2019 第2节 科学测量：电源电动势与内阻 高中物理必修三 第4章 闭合电路欧姆定律 与科学用电 制作：沈雄斌 授课：东山二中高二物理组 科 学 测 量 如图4-9所示，通过改变滑动变阻器R的阻值， 测岀两组U、I值。 根据闭合电路欧姆定律， 可得下列方程 解得 科 学 测 量 科 学 测 量 1 2 3 4 5 6 U I 一、实验步骤 1.确定电流表、电压表的量程，按照电路图连接好电路，且使滑动变阻器阻值滑到最大。 2.闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表和电压表有明显的读数，记录一组U、I值。 3.用同样的方法，多测几组U、I值． 4.断开开关，整理好器材． 5.利用代数法或图象法进行数据处理． 科 学 测 量 二、数据处理 1.代数法 运用方程组， 求解E和r. 利用所测U、I值多求几组E和r的值，最后算出它们的平均值。 2.图象法 以纵轴表示路端电压，横轴表示总电流，建立直角坐标系，将所测多组相应的U、I值进行描点，然后用平滑的曲线将各点连接起来。由U=E-Ir知，U-I图象是一条斜向 下的直线，如图所示，直线与纵轴的交点表示电源电动势E,与横轴的交点表示短路电流I0,图线的斜率的绝对值表示电源的内电阻。即 由于电源内阻很小，为充分利用图象空间，电压轴数据常从某一不为零的数U.开始，但U-I图象在U轴上的截距和图线斜率的定义不变，特别注意此时I轴上截距不是短路电流。 科 学 测 量 偶然误差 2、读数不准确造成误差 1、电线与元件的接确不良会造成误差 3、作图不准造成误差 系统误差 I IV I测 0 U I 外接法 U为真实路端电压 U1 U2 I1 I2 IV2 IV1 电压表两端电压越大时IV就越大 E真 E测 由图中可以看出E和r测量值都比真实值来得小 I真=I测+IV 系统误差 0 U I 内接法 I真=I测 U1 U2 I1 I2 UA2 UA1 电路电流越大时UA就越大 E真 E测 由图中可以看出r测量值都比真实值来得大 U真=U测+UA 电路断路时，电压表测得值就是电源电动势E测=E真 系统误差 用伏安法测电动势和内阻的系统误差较大；主要来自于电压表和电流表都不是理想电表，存在着内阻造成的。 外接法：电压表的分流造成系统误差； 内接法：电流表的分压造成系统误差； 从电路的角度看，可以将电压表或电流表看成内电路的一部份，组成“新电源”；电表测量的正是“新电源”的电动势与内阻。 系统误差 电源与电压表并联，电压表分流，“新电源”内阻为电压表与电源并联后的总电阻。外电路断开时，电压表仍有电流，“新电源” 电动势为电压表两端电压，比实际电源电动势小。 r′ E′ 从电路的角度看，可以将电压表或电流表看成内电路的一部份，组成“新电源”；电表测量的正是“新电源”的电动势与内阻。 系统误差 从电路的角度看，可以将电压表或电流表看成内电路的一部份，组成“新电源”；所测的正是“新电源”的电动势与内阻。 电源与电流表串联，电流表分压，“新电源”内阻为电源与电流表串联后的总电阻，外电路断开时，电路无电流，“新电源”两端电压为原电源电压，与实际电源电动势相同。 r′ E′ 1、只有一个电流表和若干个知道阻值的定值电阻，能不能测得电源电动势与内阻？ 1 A S R1 2 R2 r E 电阻箱 电阻箱 此时的电阻值是多少？ 安阻法测电源电动势与内阻 式中的R应为外电路的总电阻 与R与成线性关系 图象 R(Ω) (A-1) 0 用安阻法测得的电动势与内阻与真实值有何不同？ 斜率为1/E 如果做成R-图象，图象的斜率以及与坐标轴的交点各表示什么？ 式中的R应为外电路的总电阻 图象 R(Ω) (A-1) 0 斜率仍为1/E 安阻法误差分析 实际电路 安阻法的误差是来自电流表的内阻（分压）。 测量结果： 安阻法误差分析 r′ E′ 等效为新电源 “安阻法”等效于电流表“内接法” 2、只有一个电压表和若干个知道阻值的定值电阻，能不能测得电源电动势与内阻？ 1 V S R1 2 R2 r E 伏阻法测电源电动势与内阻 式中的R应为外电路的总电阻 与成线性关系 图象 () (V-1) 0 用伏阻法测得的电动势与内阻与真实值有何不同？ 斜率表示r/E 如果做成-图象，图象的斜率以及与坐标轴的交点各表示什么？ 伏阻法测电源电动势与内阻 式中的R应为外电路的总电阻 实际电路 伏阻法的误差是来自电压表的内阻（分流）。 “伏阻法”等效于电流表“外接法” 等效为新电源 r′ E′ （1）要正确完成实验，电压表的量程应选择 V，电流表的量程应选择 A，R0 应选择