2019-2020年高中物理 4.2測定電源電動勢和內阻學案 滬科版選修3-1【預習學案】1現在有一個干電池，要想測出其電動勢和內電阻，你需要什么儀器，采用什么樣的電路圖，原理是什么？2根據閉合電路的歐姆定律，路端電壓U=E-Ir.若測出兩組（I、U）的值，寫出電源電動勢和內阻的表達式。3.圖像法處理數據的優(yōu)點是什么？如何應用I、U圖線求電源電動勢和內阻？【新課學案】【實驗目的】測定電池的電動勢和內電阻【實驗原理】由閉合電路的歐姆定律E =U+Ir知，路端電壓U=EIr，對給定的電源，E、r為常量，因此路端電壓U是電流I的一次函數。將電池、電流表、電壓表，可變電阻連接成如圖7-1所示的電路，改變可變電阻R的阻值，可以測得多組I、U值。將它們描在UI坐標中，圖線應該是一條直線。顯然，直線在U坐標上的截距值就是電池電動勢，直線斜率的絕對值就是電池的內阻的大小。上述用作圖的方法得出實驗結果的方法，具有直觀、簡便的優(yōu)點。【步驟規(guī)范】實 驗 步 驟操 作 規(guī) 范 一.連接實驗電路1將電流表、電壓表機械調零2布列實驗器材，接圖連接實驗電路AVRSE r 1若表針不在零位，用螺絲刀旋動機械調零螺釘，使其正對2實驗器材應放置在合適的位置，應使電鍵、滑動變阻器便于操作；電表刻度盤應正對實驗者 電鍵接入電路前，處于斷開位置；閉合電鍵前，滑動變阻器阻值置于最大；導線連接無“丁”字形接線 電流表量程0.6A，電壓表量程3V 二讀取I、U數據1調節(jié)滑動變阻器的阻值，閉合電鍵，讀取一組電流表和電壓表的讀數2改變滑動變阻器的阻值，閉合電鍵，讀取電流表和電壓表讀數，共測8-10組 1滑動變阻器的阻值由大到小變化，使電路中電流從小到大平穩(wěn)地改變，適時地讀取I、U讀數 電流表和電壓表讀數正確，有估讀 必要時要及時改變電表量程2每次實驗后，都要及時斷開電源三拆除電路，儀器復原【注意事項】1使用內阻大些（用過一段時間）的干電池，在實驗中不要將I調得過大，每次讀完U、I讀數立即斷電，以免于電池在大電流放電時極化現象過重，E、r明顯變化2在畫UI圖線時，要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側，而不要顧及個別離開較遠的點以減少偶然誤差3干電池內阻較小時U的變化較小，坐標圖中數據點將呈現如圖3甲所示的狀況，下部大面積空間得不到利用，為此可使坐標不從零開始，如圖3乙所示，把坐標的比例放大，可使結果的誤差減小些此時圖線與橫軸交點不表示短路電流計算內阻要在直線上任取兩個相距較遠的點，用r=|U/I|計算出電池的內阻r4實驗誤差的來源與分析（1）每次讀完電表示數沒有立即斷電，造成E、r變化；（2）測量電路存在系統誤差，I真I測十Iv，未考慮電壓表分流【典型例題】【例1】測量電源電動勢和內電阻的器材如圖A所示，請用實線表示導線，將圖A中器材連成實驗用電路。實驗時經測量得出的數據如下表，請在下圖B的方格紙上畫出UI圖線。利用圖線可求出電源電動勢E ，內電阻r 。123456I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05 0.6A 3A 3V 15V答案：.E=1.441.46V r0.680.72 圖略【例2】利用伏安法測量干電池的電動勢和內阻，現有的器材為：V干電池：電動勢約為1.5 V，符號A 電壓表：量程1 V，內阻998.3 ，符號 電流表：量程1 A，符號滑動變阻器：最大阻值10，符號電阻箱：最大阻值99999.9 ，符號單刀單擲開關1個，符號導線若干設計測量電源電動勢和內阻的電路并將它畫在指定的方框內，要求在圖中標出電壓表、電流表的接線柱的正負。VAE rS為了滿足本實驗要求并保證實驗的精確度，電壓表量程應擴大為原量程的 倍，電阻箱的阻值應為 。答案： 2； 998.3【例3】用電流表和電壓表測電源的電動勢和內電阻。（1）在下面方框中完成所需電路。（2）右圖所示是根據兩個電源的測量數據繪制的圖線。由圖可知：圖線與電壓U軸的交點表示 ；電源的內電阻 電源的內電阻（填“大于、小于或等于”）。（3）圖中兩直線 、的交點表示兩個電路中 相等。OI/AU/VAV答案：（1）（2分）見圖 （2）電源的電動勢；小于（2分）（3）外電壓、電路中電流強度、外電路消耗的電功率和外電路電阻（只要寫出2個）【練習學案】1.用電流表和電壓表測定電池的電動勢E和內阻r，所用的電路如左下圖所示，一位同學測得的五組數據如表中所示.I/A0.120.200.310.320.50U/V1.371.321.241.181.10 （1）試根據這些數據在右上圖中作UI圖線.（2）根據圖線得出電池的電動勢E=_V，根據圖線得出的電池內阻r=_.（3）若不作出圖線，只選用其中兩組U和I的數據，可利用公式E=U1+I1r和E=U2+I2r算出E和r，這樣做可能得出誤差較大的數值，選用第_組和第_組的數據，求得E和r誤差最大？2.在做“測定電池電動勢和內電阻”的實驗時，有位同學按圖甲所示電路進行連接，他共用6根導線，即aa、bb、cc、dd、be及df，由于混進了一根內部斷開的導線，所以當他按下開關K后，發(fā)現兩個電表的指針都不偏轉.他用多用電表電壓檔測量ab間電壓，讀數約為1.5 V（已知電池電動勢約為1.5 V).為了確定哪一根導線的內部是斷開的，可以再用多用電表的電壓檔測量_兩點間的電壓，如果約為1.5 V，則一定是_導線斷開；如果是_V，則一定是_導線斷開.另一同學按圖甲把線路連接正確后，通過改變滑動變阻器接觸點的位置測出了幾組U、I的值，圖乙是根據6組數據在UI圖上畫出的點和相應的UI圖線.根據這一圖線，可求出電池的電動勢E=_V，內電阻r=_，如果他不利用這一圖線，而是只利用任意兩組U、I數據，那么當他選擇_、_兩組時，求出的E、r值誤差最大.參考答案：1.解析：（1）UI圖線如下圖所示，作圖線時應把個別誤差較大的點舍棄.(2)由直線與縱軸的交點可讀出電池的電動勢E=1.46 V，再讀出圖線與橫軸的交點坐標（1.00 V,0.62 A)，據閉合電路的歐姆定律E=U+Ir得r=0.74 .故E=1.46 V,r=0.74 .（3）選用第3組和第4組數據求得的E和r誤差最大.不需要利用所給的5組數據分別進行計算，利用所作的圖線可以看出，選用這兩組數據求E和r，相當于過圖中3和4兩點作一條直線，利用此直線求出E和r，而此直線與所畫的直線偏離最大，實際上，第四組數據不合理，已經排除.選用第3組和第4組數據，求得E和r誤差最大.2.aa aa 0 bb 1.45 0.95 4 5