2017-2018学年沪科版高中物理选修3-1第4章探究闭合电路欧姆定律4.2测量电源的电动势和内阻学案

4.2　测量电源的电动势和内阻

一、实验目的

1．掌握测量电源电动势和内阻的实验原理、实验电路和实验方法．

2．学会用图像法处理实验数据．

二、实验器材

待测电池，电压表(0～3 V)，电流表(0～0.6 A)，滑动变阻器(10 Ω)，电键，导线．

三、实验原理

1．如图4­2­1甲所示，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＝.

甲　　　　　　　　乙

图4­2­1

2．为减小误差，至少测出六组U和I值，且变化范围要大些，然后在U－I图中描点作图，由图线纵截距和斜率找出E、r(r＝)如图4­2­1乙.

一、实验步骤

1．确定电流表、电压表的量程，按图连接好电路，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．

图4­2­2

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．

二、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)，分别记录且如表所示：

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U­I图中描点画图像，使U­I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4­2­3所示，由U＝E－Ir可知：

图4­2­3

(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Im＝.

(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.

三、注意事项

1．器材或量程的选择

(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，所以电流表应采用内接法，即一般选择误差较小的甲电路图．

甲　　　　　　　乙

图4­2­4

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

(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U­I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.

实验探究1　实验原理与误差分析

　在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中，供选用的器材有：

A．电流表(量程：0～0.6 A，RA＝1 Ω)；

B．电流表(量程：0～3 A，RA＝0.6 Ω)；

C．电压表(量程：0～3 V，RV＝5 kΩ)；