第四章 第三节 测量电源的电动势和内阻-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册同步全程学习全书word（粤教版）

第三节　测量电源的电动势和内阻 一、实验目的 1.掌握用电压表和电流表测量电动势和内阻的方法。 2.能够根据数据绘制图像。 3.会利用计算法和图像法求电动势和内阻。 二、实验原理 根据闭合电路欧姆定律,如图所示,改变滑动变阻器的阻值,从电流表、电压表中读出几组I和U的值,通过数据处理求出E和r的值。 三、实验器材 待测干电池一节、电流表(0～0.6 A)、电压表(0～3 V)各一块、滑动变阻器一只、开关一只、导线若干。 四、实验步骤 1.选定电流表、电压表的量程,按照电路图把器材连接好。 2.把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。 3.闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,读出电压表示数U和电流表示数I,并填入事先绘制好的表格(如下表)。 实验序号 1 2 3 4 5 6 I/A U/V 4.多次改变滑片的位置,读出对应的多组数据,并一一填入表中。 5.断开开关,整理好器材。 一、数据处理 1.公式法 把测量的几组数据分别代入E=U+Ir中,然后两个方程为一组,解方程求出几组E、r的值,最后对E、r分别求平均值作为测量结果。 2.图像法 (1)以I为横坐标,U为纵坐标建立直角坐标系,根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点。 (2)用直尺画一条直线,使尽量多的点落在这条直线上,不在直线上的点,能大致均衡地分布在直线两侧。 (3)如图所示。 ①图线与纵轴交点表示E。 ②图线与横轴交点表示I短=。 ③图线的斜率大小表示 r=||。 二、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,如图所示,可见E测<E真,r测<r真。 三、注意事项 1.器材和量程的选择 (1)电池:为了使路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已使用过一段时间的1号干电池。 (2)电压表的量程:实验用的是一节干电池,因此电压表量程在大于1.5 V的前提下,越小越好,实验室中一般采用量程为0～3 V的电压表。 (3)电流表的量程:对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5 A,故电流表的量程选0～0.6 A。 (4)滑动变阻器:干电池的内阻较小,为了获得变化明显的路端电压,滑动变阻器选择阻值较小一点的。 2.电路的选择:伏安法测电源电动势和内阻有两种接法,由于电流表内阻与干电池内阻接近,所以电流表应采用外接法,即一般选择误差较小的甲电路图。 3.实验操作:电池在大电流放电时极化现象较严重,电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,故长时间放电不宜超过0.3 A,短时间放电不宜超过0.5 A。因此,实验中不要将I调得过大,读电表示数要快,每次读完后应立即断电。 4.数据处理 当路端电压变化不是很明显,作图像时纵轴单位可取得小一些,且纵轴起点可不从零开始。 如图所示,此时图线与纵轴交点仍为电源的电动势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。 类型一　实验原理与操作 [例1] (2021·四川凉山期末)某同学做“测量电源的电动势和内阻”实验,可供选择的实验器材如下: A.2节干电池 B.电流表,量程0～0.6 A、0～3 A C.电压表,量程0～3 V、0～15 V D.滑动变阻器0～20 Ω E.滑动变阻器0～500 Ω F.开关一个、导线若干 (1)为了尽量得到较好效果,电流表量程应选　　　　,电压表量程选　　　　,滑动变阻器选　　　　(选填“D”或“E”)。  (2)他采用如图甲所示的实验电路进行测量。图乙中给出了做实验所需要的各种仪器。请你按电路图把它们连成实验电路。 (3)这位同学测量时记录了两组数据分别是U1、I1及U2、I2,则用这两组数据表示的电池电动势E=　　　　　　　,内阻r=　　　　　　。 解析:(1)电路中的电流较小,约为零点几安,为了精确测量,选用量程0～0.6 A;2节干电池,电动势为3 V,故电压表选量程0～3 V;为了方便实验操作,滑动变阻器应选0～20 Ω,即选D。 (2)电路连接如图所示。 (3)根据闭合电路的欧姆定律E=U1+I1r,E=U2+I2r,解得E=,r=。 答案:(1)0～0.6 A　0～3 V　D　(2)图见解析 (3)　 类型二　数据处理与误差分析 [例2] (2021·广东广州期中)利用图甲所示电路测定一节干电池的电动势和内阻,定值电阻 R0=2.0 Ω。 (1)某实验得到的部分数据如表所示,序号为2的电压表、电流表的示数如图乙所示,请读出数据,填入表格中。 序号 U