《高考物理一轮复习 8.3测定电源的电动势和内电阻同步课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 8.3测定电源的电动势和内电阻同步课件.ppt（40页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第第3 3讲 测定定电源的源的电动势和内和内电阻阻2021/8/11 星期三1一、实验目的一、实验目的1掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方 法；进一步理解闭合电路欧姆定律法；进一步理解闭合电路欧姆定律2掌握用图象法求电动势和内阻的方法掌握用图象法求电动势和内阻的方法2021/8/11 星期三2二、实验原理二、实验原理1实验依据：闭合电路欧姆定律实验依据：闭合电路欧姆定律2实验电路：如图实实验电路：如图实31所示所示图实图实312021/8/11 星期三33E和和r的求解：由的求解：由UEIr 得：得：解得：解得：2021/8/11 星期
2、三44作图法数据处理，如图实作图法数据处理，如图实32所示：所示：(1)图线与纵轴交点为电动势图线与纵轴交点为电动势E.(2)图线与横轴交点为短路电流图线与横轴交点为短路电流 I短短 .(3)图线的斜率的大小表示内阻图线的斜率的大小表示内阻r|.图实图实322021/8/11 星期三5三、实验器材三、实验器材 电池电池(被测电源被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔导线、坐标纸、铅笔四、实验步骤四、实验步骤1电流表用电流表用0.6 A量程，电压表用量程，电压表用3 V量程，按图实量程，按图实31 所示连接好电路所示连接好电路2把滑动变
3、阻器的滑片移动到使阻值最大的一端把滑动变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端3闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记 录一组数据录一组数据(U1，I1)用同样方法测量几组用同样方法测量几组I、U值填入值填入 表格中表格中4断开开关，拆除电路，整理好器材断开开关，拆除电路，整理好器材2021/8/11 星期三6五、数据处理五、数据处理 本实验中数据的处理方法，一是联立方程求解的公式本实验中数据的处理方法，一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法法，二是描点画图法第第1组组 第第2组组 第第3组组 第第4组组 第第5组组 第第6组组U/VI/A
4、2021/8/11 星期三7 法一法一取六组对应的取六组对应的U、I数据，数据满足关系式数据，数据满足关系式U1EI1r、U2EI2r、U3EI3r让第让第1式和第式和第4式联立方程，式联立方程，第第2式和第式和第5式联立方程，第式联立方程，第3式和第式和第6式联立方程，这样解得式联立方程，这样解得三组三组E、r，取其平均值作为电池的电动势，取其平均值作为电池的电动势E和内阻和内阻r的大小的大小2021/8/11 星期三8 法二法二以路端电压以路端电压U为纵轴、干路电流为纵轴、干路电流I为横轴建立为横轴建立UI坐标系，在坐标平面内描出各组坐标系，在坐标平面内描出各组(U，I)值所对应的点，然后
5、值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，使不在直线上的点大致均尽量多地通过这些点作一条直线，使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势的大小动势的大小(一次函数的纵轴截距一次函数的纵轴截距)，直线的斜率大小即为电，直线的斜率大小即为电池的内阻池的内阻r，即，即r|.2021/8/11 星期三9六、注意事项六、注意事项1为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选的为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选的 大些大些(选用已使用过一段时间的干电池选用已使用过一段时间的干电池)2在实验中不要将在实验
6、中不要将I调得过大，每次读完调得过大，每次读完U和和I的数据后应的数据后应 立即断开电源，以免干电池在大电流放电时极化现象立即断开电源，以免干电池在大电流放电时极化现象 严重，使得严重，使得E和和r发生明显变化发生明显变化2021/8/11 星期三103测出不少于测出不少于6组组I和和U的数据，且变化范围要大些，用方的数据，且变化范围要大些，用方 程组求解时，类似于逐差法，要将测出的程组求解时，类似于逐差法，要将测出的U、I数据中，数据中，第第1和第和第4组为一组，第组为一组，第2和第和第5组为一组，第组为一组，第3和第和第6组组 为一组，分别解出为一组，分别解出E、r值再求平均值再求平均20
7、21/8/11 星期三114在画在画UI图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上，图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线两侧，不要顾及个别不在直线上的点应对称分布在直线两侧，不要顾及个别 离开直线较远的点，以减小偶然误差离开直线较远的点，以减小偶然误差5干电池内阻较小时，干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数的变化较小，此时，坐标图中数 据点将呈现如图实据点将呈现如图实33甲所示的状况，使下部大面积甲所示的状况，使下部大面积 空间得不到利用为此，可使纵坐标不从零开始而是根空间得不到利用为此，可使纵坐标不从零开始而是根 据测得的数据从某一恰当值开始据测得的
8、数据从某一恰当值开始(横坐标横坐标I必须从零开始必须从零开始)，2021/8/11 星期三12 如图乙所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误如图乙所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误 差减小此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线差减小此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线 与纵轴的截距仍为电动势要在直线上任取两个相距较与纵轴的截距仍为电动势要在直线上任取两个相距较 远的点，用远的点，用r|计算出电池的内阻计算出电池的内阻r.2021/8/11 星期三13图实图实332021/8/11 星期三14七、误差分析七、误差分析1由读数和电表线性不良引起误差由读数和电表线性不良引起误差2用
9、图象法求用图象法求E和和r时，由于作图时，由于作图 不准确造成误差不准确造成误差2021/8/11 星期三153本实验采用图实本实验采用图实31所示的测所示的测 量电路是存在系统误差的，这是量电路是存在系统误差的，这是 由于电压表的分流由于电压表的分流IV引起的，使电引起的，使电 流表的示数流表的示数I测测小于电池的输出电流小于电池的输出电流I真真 因为因为I真真I测测IV，而，而IVU/RV，U越大，越大，IV越大，越大，U趋近趋近 于零时于零时IV也趋近于零所以此种情况下图线与横轴的交也趋近于零所以此种情况下图线与横轴的交 点为真实的短路电流，而图线与纵轴的交点为电动势点为真实的短路电流，
10、而图线与纵轴的交点为电动势 的测量值，比真实值偏小修正后的图线如图实的测量值，比真实值偏小修正后的图线如图实7 4所示，显然，所示，显然，E、r的测量值都比真实值偏小，的测量值都比真实值偏小，r测测r 真真、E测测r真真2021/8/11 星期三17图实图实35图实图实362021/8/11 星期三18八、实验改进八、实验改进 由于在测量电路中，电压表的分流作用和电流表的分由于在测量电路中，电压表的分流作用和电流表的分压作用，给实验带来了系统误差，以下为两种有针对性的压作用，给实验带来了系统误差，以下为两种有针对性的改进措施改进措施2021/8/11 星期三191实验时可以引入辅助电源，如图实
11、实验时可以引入辅助电源，如图实 37所示，所示，E为辅为辅 助电源，利助电源，利 用当辅助回路和测量回路的电流相用当辅助回路和测量回路的电流相 等时灵敏电流计等时灵敏电流计G中无电流这一特点，中无电流这一特点，在测量电路中没有电流表的情况下，在测量电路中没有电流表的情况下，仍能测得其回路中的电流，从而消除由于电流表的内阻仍能测得其回路中的电流，从而消除由于电流表的内阻 带来的误差带来的误差图实图实372021/8/11 星期三202在实验中由于电压表的分流，从而使电流表的示数小于在实验中由于电压表的分流，从而使电流表的示数小于 流过电源的电流，而给测量带来误差可以将电压表的流过电源的电流，而给
12、测量带来误差可以将电压表的 内阻测出，进而求出电压表的分流内阻测出，进而求出电压表的分流IV，那么通过电源的电，那么通过电源的电 流就为流就为IEIAIV，就可以消除由于电压表的分流而带来，就可以消除由于电压表的分流而带来 的误差的误差2021/8/11 星期三21 (2009安徽高考安徽高考)用图实用图实38所示电路，测定一节干电池的所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻电池的内阻较小，为电动势和内阻电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻电路中用一个定值电阻R0起保护作用除电池、开关和导线外，起保护作用除电池、开关和导线外，
13、可供使用的实验器材还有：可供使用的实验器材还有：(a)电流表电流表(量程量程0.6 A、3 A)；(b)电压表电压表(量程量程3 V、15 V)；(c)定值电阻定值电阻(阻值阻值1、额定功率、额定功率5 W)；图实图实382021/8/11 星期三22 (d)定值电阻定值电阻(阻值阻值10、额定功率、额定功率10 W)；(e)滑动变阻器滑动变阻器(阻值范围阻值范围010、额定电流、额定电流2 A)；(f)滑动变阻器滑动变阻器(阻值范围阻值范围0100、额定电流、额定电流1 A)那么：那么：(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择要正确完成实验，电压表的量程应选择_V，电流表的量程应选择电流表的
14、量程应选择_A；R0应选择应选择_的定的定值电阻，值电阻，R应选择阻值范围是应选择阻值范围是_的滑动变阻器的滑动变阻器 (2)引起该实验系统误差的主要原因是引起该实验系统误差的主要原因是_.2021/8/11 星期三23 解题指导解题指导由于一节干电池的电动势为由于一节干电池的电动势为1.5 V，故选量，故选量程为程为3 V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几欧左右，加上保护电阻，最大电流在几欧左右，加上保护电阻，最大电流在0.5 A左右，所以选左右，所以选量程为量程为0.6 A的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻的电流表；由于电池内阻
15、很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取就好了，取010 能很好地控制电路中的电流和电压，若能很好地控制电路中的电流和电压，若取取0100 会出现开始几乎不变最后突然变化的现象会出现开始几乎不变最后突然变化的现象2021/8/11 星期三24 系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，一般系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小本实验中由于电压表的具有倾向性，总是偏大或者偏小
16、本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测测E真真，r测测r真真 答案答案(1)30.61010(2)由于电压表的分流由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小2021/8/11 星期三25 某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池该同学想测量一下这个电池的电动势该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻和内电阻r，但是从，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为最大阻值为999.9，可当标
17、准电阻用可当标准电阻用)、一只电流表、一只电流表(量程量程Ig0.6 A，内阻，内阻rg0.1)和若干导线和若干导线 (1)请根据测定电动势请根据测定电动势E和内电阻和内电阻r的要求，设计图实的要求，设计图实39甲中器件的连接方式，画线把它们连接起来甲中器件的连接方式，画线把它们连接起来2021/8/11 星期三26图实图实392021/8/11 星期三27 (2)接通开关，逐次改变电阻箱的阻值接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与，读出与R对应的电流表的示数对应的电流表的示数I，并作，并作记录当电阻箱的阻值记录当电阻箱的阻值R2.6 时，其对时，其对应的电流表的示数如图实应的电流表的示数如
18、图实39乙所示乙所示处理实验数据时，首先计算出每个电流值处理实验数据时，首先计算出每个电流值I的倒数的倒数 ；再制作；再制作R 坐标图，如图实坐标图，如图实310所示，图中已标注出了所示，图中已标注出了(R，)的几的几个与测量对应的坐标点请你将与图实个与测量对应的坐标点请你将与图实39乙所示的实验数据对应的坐标点也标乙所示的实验数据对应的坐标点也标注在图实注在图实310上上图实图实3102021/8/11 星期三28 (3)在图实在图实310上把描绘出的坐标点连成图线上把描绘出的坐标点连成图线 (4)根据图实根据图实310描绘出的图线可得出这个电池的电描绘出的图线可得出这个电池的电动势动势E_
19、V，内电阻，内电阻r_.2021/8/11 星期三29 解题指导解题指导(1)先设计实验电路图，然后再根据电路先设计实验电路图，然后再根据电路图连线电路图如图实图连线电路图如图实311所示，由欧姆定律所示，由欧姆定律EI(Rrrg)知，只要知道两组外电阻和电流值，就可以解出电知，只要知道两组外电阻和电流值，就可以解出电源电动势和内阻因此，直接将电阻箱和电流表串联在电源电动势和内阻因此，直接将电阻箱和电流表串联在电路中就行路中就行2021/8/11 星期三30图实图实3112021/8/11 星期三31 (2)由电流表示数可读出此时电流为由电流表示数可读出此时电流为0.50 A，则坐标为，则坐标
20、为(2,2.6)再在坐标纸上描出该点，如图实再在坐标纸上描出该点，如图实312所示所示图实图实3122021/8/11 星期三32 (3)剔除明显有误差的点，过其他点作一条直线，如剔除明显有误差的点，过其他点作一条直线，如图实图实312所示所示 (4)由欧姆定律由欧姆定律I 得得R (rrg)，由此，由此式可知，外电阻和电流的倒数呈线性关系将图实式可知，外电阻和电流的倒数呈线性关系将图实312中的直线延长，与纵坐标轴的交点值为中的直线延长，与纵坐标轴的交点值为(rrg)0.4，则电阻，则电阻r为为0.3，直线的斜率为，直线的斜率为k 1.5，即，即电源的电动势为电源的电动势为1.5 V.202
21、1/8/11 星期三33答案答案(1)实物连线如图实实物连线如图实311所示所示(2)(3)如图实如图实312所示所示(4)1.5(1.461.54)0.3(0.250.35)2021/8/11 星期三34 某同学设计了一某同学设计了一个如图实个如图实313所示的实验所示的实验电路，用以精确测定电源的电电路，用以精确测定电源的电动势和内阻，使用的实验器材动势和内阻，使用的实验器材为：待测干电池组为：待测干电池组(电动势约电动势约3 V)、电压表、电压表(量程量程3 V，内阻，内阻约几千欧约几千欧)、电阻箱、电阻箱(09999.99)、滑动变阻器、滑动变阻器(010)、单刀双掷开关、单刀单掷开关
22、各一个及导线若干单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干图实图实3132021/8/11 星期三35 (1)为精确测得电源的电动势和内阻，该同学想先测得为精确测得电源的电动势和内阻，该同学想先测得电压表的内阻，按如图实电压表的内阻，按如图实313所示的电路连线，通过所示的电路连线，通过控制开关状态来实现，则开关控制开关状态来实现，则开关S2应打在应打在_(a端还是端还是b端端)，开关，开关S1应应_(闭合还是断开闭合还是断开)；(2)简要写出利用图实简要写出利用图实313所示电路测量电压表内所示电路测量电压表内阻的实验步骤；阻的实验步骤；2021/8/11 星期三36 (3)简要写出利用图实
23、简要写出利用图实313所示电路测量电源的电动势所示电路测量电源的电动势和内阻的实验步骤；和内阻的实验步骤；(4)写出电源电动势真实值的表达式写出电源电动势真实值的表达式_，并比，并比较真实值与测量值之间的关系较真实值与测量值之间的关系E真真_E测测；(5)试分析用上述实验器材，能否建立试分析用上述实验器材，能否建立U 图象来求解图象来求解电源的电动势和内阻？为什么？电源的电动势和内阻？为什么？2021/8/11 星期三37 解题指导解题指导(2)为保证电路安全，先将滑动变阻器滑片为保证电路安全，先将滑动变阻器滑片滑至滑至c端；然后将端；然后将S2打在打在b端，端，S1断开；先将电阻箱阻值置于零
24、，断开；先将电阻箱阻值置于零，调节滑动变阻器使电压表满偏；保持滑动变阻器阻值不变，调调节滑动变阻器使电压表满偏；保持滑动变阻器阻值不变，调节电阻箱阻值，使电压表半偏，此时电阻箱的数值即是电压表节电阻箱阻值，使电压表半偏，此时电阻箱的数值即是电压表的内阻的内阻 (3)将开关将开关S2打在打在a上，接通开关上，接通开关S1；电路中电压表和电阻；电路中电压表和电阻箱并联，改变电阻箱的阻值，电压表的示数会相应发生变化；箱并联，改变电阻箱的阻值，电压表的示数会相应发生变化；多读出几组电阻箱的阻值和对应的电压表的示数；由闭合电路多读出几组电阻箱的阻值和对应的电压表的示数；由闭合电路欧姆定律欧姆定律EUIr
25、U 可求出电源的电动势和内阻可求出电源的电动势和内阻2021/8/11 星期三38(4)E真真U()r，E测测U r，E真真E测测(5)如题中所述，电阻箱的电阻约几千欧，远大于电源的如题中所述，电阻箱的电阻约几千欧，远大于电源的内阻，当电阻箱的电阻变化时，电压表的示数几乎不变，内阻，当电阻箱的电阻变化时，电压表的示数几乎不变，或变化很小，从电压表上很难读出来，所以不宜用或变化很小，从电压表上很难读出来，所以不宜用U 的图象来求解电源的电动势和内阻的图象来求解电源的电动势和内阻答案答案(1)b断开断开(2)见解题指导见解题指导(3)见解题指导见解题指导(4)E真真U()r(5)见解题指导见解题指导2021/8/11 星期三392021/8/11 星期三40