2018版物理沪科版新课堂同步选修3-1文档：第4章 4-2
- 格式：doc
- 大小：430.96 KB
- 文档页数：8
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4-2-1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＝I1U2－I2U1I1－I2，r＝U2－U1I1－I2.
甲 乙
图4-2-1
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＝|ΔU||ΔI|)如图4-2-1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4-2-2
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：
实验序号 1 2 3 4 5 6
I/A I1
I2 I3 I4 I5 I6
U外/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＝E1＋E2＋E33，r＝r1＋r2＋r33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4-2-3所示，由U＝E－Ir可知：
图4-2-3 (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＝Er.
(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻
r＝|ΔUΔI|＝EIm.
(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4-2-4
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)；
D．电压表(量程：0～15 V，RV＝10 kΩ)；
E．滑动变阻器(0～10 Ω，额定电流1.5 A)；
F．滑动变阻器(0～2 kΩ，额定电流0.2 A)；
G．待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干．
(1)请在题中虚线框中画出能使本实验测量精确程度高的实验电路．
(2)电路中电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________．(用字母代号填写)
(3)如图4-2-5所示为实验所需器材，请按原理图连接出正确的实验电路．
图4-2-5 (4)引起该实验系统误差的主要原因是______________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________.
【解析】 (1)电路如图所示．由于在如图所示的电路中只要电压表的内阻RV≫r，这种条件很容易实现，所以应选用该电路．
(2)考虑到待测电源只有一节干电池，所以电压表应选C；放电电流又不能太大，一般不超过0.5 A，所以电流表应选A；变阻器不能选择太大的阻值，从允许最大电流和减小实验误差来看，应选择电阻较小而额定电流较大的滑动变阻器E，故器材应选A、C、E.
(3)如图所示：
注意闭合开关前，要使滑动变阻器接入电路的电阻最大，即滑片应滑到最左端．
(4)系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，该实验中的系统误差是由于电压表的分流作用使得电流表读数(即测量值)总是比干路中真实电流值小，造成E测 【答案】 (1)见解析图 (2)A C E (3)见解析图 (4)电压表的分流作用 实验探究2 实验数据的处理(图像法) 利用如图4-2-6所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有： 图4-2-6 待测电源，电阻箱R(最大阻值999.9 Ω)，电阻R0(阻值为3.0 Ω)，电阻R1(阻值为3.0 Ω)．电流表A(量程为200 mA，内阻为RA＝6.0 Ω)，开关S. 实验步骤如下： ①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S； ②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R； ③以1I为纵坐标，R为横坐标，作1I -R图线(用直线拟合)； ④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b. 回答下列问题： (1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则1I与R的关系式为____________． (2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0 Ω时电流表的示数如图4-2-7甲所示，读出数据．完成下表． 答：①________，②________. R/Ω 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 I/A 0.143 0.125 ① 0.100 0.181 0.184 0.187 I－1/A－1 6.99 8.00 ② 10.0 11.0 11.9 13.0 图4-2-7 (3)在图4-2-7乙的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k＝________A－1Ω－1，截距b＝________A－1. (4)根据图线求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω. 【解析】 (1)电流表电阻是R1的2倍，所以干路电流为3I，根据闭合电路欧姆定律 E＝3I(r＋R0＋R)＋IRA，代入数据，化简得 1I＝3ER＋3r＋15E. (2)电流表每小格表示4 mA，因此电流表读数是0.110，倒数是9.18. (3)根据坐标纸上给出的点，画出一条直线，得出斜率k＝1.0 A－1Ω－1，截距b＝6.0 A－1. (4)斜率k＝3E，因此E＝3k＝3.0 V，截距b＝3r＋15E， r＝bE3－5＝1.0 Ω. 【答案】 (1)1I＝3ER＋3r＋15E (2)0.110,9.18 (3)见解析 1.0(或在0.96～1.18之间)，6.0(或在5.9～6.1之间) (4)3.0(或在2.7～3.3之间)，1.0(或在0.6～1.4之间)
![2011年1月物理选修3-1模块试题[1]](https://imgs-1438308264.cos.ap-hongkong.myqcloud.com/7b959a0a844769eae009ed48.webp)
