第4章 第3节 测量电源的电动势和内阻（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（粤教版2019）

第三节　测量电源的电动势和内阻 实验目的 1．了解并掌握测量电源的电动势和内阻的原理和实验方法。 2．学习用图像法处理实验数据。 3．会对测量误差进行分析，了解测量中减小误差的方法。 实验原理 思路1：伏安法测电动势E和内阻r 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， 由U＝E－Ir可得： E＝，r＝。 思路2：用电流表、电阻箱测电动势E和内阻r 实验电路如图所示，由闭合电路的欧姆定律得：E＝I(R＋r)。 用电流表测干路中的电流，通过改变电路中的电阻，测出两组R、I数据，就可以列出两个关于E、r的方程： E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)。 联立就可以解出结果。 思路3：用电压表、电阻箱测电动势E和内阻r 　实验电路如图所示，由闭合电路的欧姆定律得E＝U＋，用电压表测得路端电压，通过改变电路中的电阻，测出两组U、R数据，就可以列出两个关于E、r的方程： E＝U1＋，E＝U2＋， 联立就可以解出结果。 实验器材 　在不同的实验原理中需要的实验器材略有不同，分别如下。 思路1：待测干电池一节，电流表、电压表各一个，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干，坐标纸。 思路2：待测干电池一节，电流表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干。 思路3：待测干电池一节，电压表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干。 实验步骤 (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。 (3)同样的方法，依次记录多组U、I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、电流值标在坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻。 数据处理 为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法。 1．公式法 利用依次记录的多组数据(一般6组)，分别记录在表中： 实验序号 1 2 3 4 5 6 I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6 U/V U1 U2 U3 U4 U5 U6 分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值E＝，r＝作为测量结果。 2．图像法 把测出的多组U、I 值，在U-I 图中描点画图像，使U-I 图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图所示，由U＝E－Ir 可知： (1)纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流I短＝。 (2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻r＝＝。 (3)若电源内阻r＝0(理想电源)，则U＝E。 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。 注意事项 1．器材及量程的选取 (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的。 (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．电流大小及电表读数 为防止电池电动势E、内阻r发生变化，实验中I不要过大(应小于0.5 A)，读取电表示数要快，每次读完后应立即断电，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化。 3．作U-I图像时 (1)当路端电压变化不是很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点不从零开始，把纵坐标的比例放大。 (2)画U-I图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧，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。 实验原理与操作 [典例]　为了测定一电池的电动势和内电阻，实验室中提供有下列器材： A．电流表G(满偏电流10 mA，内阻10 Ω) B．电流表A(0～0.6 A～3 A，内阻未知) C．滑动变阻器R(0～100 Ω，1 A) D．定值电阻R0(阻值990 Ω) E．开关与导线若干 (1)某同学根据现有的实验器材，设计了如图甲所示的电路，请按照电路图在图乙上完成实物连线