第二章 恒定電流 10實(shí)驗(yàn) 測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 課前預(yù)習(xí) 閉合電路的歐姆定律 實(shí)驗(yàn)原理 測(cè)電源E r的幾種方法與電路連接圖 I1r U2 U2 I1r I2R2 測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方法 2 圖象法以I為橫坐標(biāo) U為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系 根據(jù)幾組I U的測(cè)量數(shù)據(jù) 在坐標(biāo)系中描點(diǎn) 此時(shí)可大致看到 U I圖象是一條斜向下的直線 如圖所示 縱軸的截距等于電源的 E 橫軸的截距等于外電路短路時(shí)的電流I0 電動(dòng)勢(shì) 電源的內(nèi)阻 判一判 1 在用伏安法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中 應(yīng)選用舊的干電池作為被測(cè)電源 以使電壓表讀數(shù)變化明顯 2 在用伏安法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中 移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片時(shí) 不能使滑動(dòng)變阻器短路造成電流表過(guò)載 3 用伏安法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中 偶然誤差主要來(lái)源于電壓表 電流表的讀數(shù)以及作U I圖線時(shí)描點(diǎn)不準(zhǔn)確 選一選 如圖所示 是甲 乙 丙三位同學(xué)設(shè)計(jì)的測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的電路 電路中R1 R2為已知阻值的電阻 下列說(shuō)法中正確的是 A 只有甲同學(xué)設(shè)計(jì)的電路能測(cè)出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻B 只有乙同學(xué)設(shè)計(jì)的電路能測(cè)出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻C 只有丙同學(xué)設(shè)計(jì)的電路能測(cè)出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻D 三位同學(xué)設(shè)計(jì)的電路都能測(cè)出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 D 想一想 某學(xué)生用電流表和電壓表測(cè)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí) 所用滑動(dòng)變阻器的阻值范圍為0 20 連接電路的實(shí)物圖如圖所示 請(qǐng)指出該學(xué)生接線中的錯(cuò)誤和不規(guī)范的做法答案 滑動(dòng)變阻器不起變阻作用 電流表接線有錯(cuò) 電壓表接線不妥 解析 由圖中接線可知 滑動(dòng)變阻器連成定值電阻起不到變阻作用 電流表正 負(fù)接線柱接錯(cuò) 電壓表始終有讀數(shù) 開關(guān)不能控制電壓表 電壓表接線應(yīng)接到開關(guān)外側(cè) 課內(nèi)探究 一 器材準(zhǔn)備被測(cè)電源 如干電池 水果電池等 電流表 電壓表 滑動(dòng)變阻器 電鍵和導(dǎo)線 二 操作過(guò)程1 確定電流表 電壓表的量程 按圖所示電路把器材連接好 如圖所示 2 把變阻器的滑動(dòng)片移到最左端使阻值最大 3 閉合電鍵 調(diào)節(jié)變阻器 使電流表有明顯示數(shù) 記錄一組電流表和電壓表的示數(shù) 用同樣的方法測(cè)量并記錄幾組I和U的值 并填入下表 4 斷開電鍵 整理好器材 5 以U為縱軸 I為橫軸 將記錄的電壓 電流標(biāo)在坐標(biāo)圖上 過(guò)這些點(diǎn)作一條直線 根據(jù)縱軸截距求出電動(dòng)勢(shì) 根據(jù)斜率大小求出內(nèi)電阻 四 誤差分析 1 偶然誤差 主要來(lái)源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U I圖象時(shí)描點(diǎn)不準(zhǔn)確 2 系統(tǒng)誤差 主要原因是未考慮電壓表的分流作用 使得電流表上讀出的數(shù)值比實(shí)際的總電流 即流過(guò)電源的電流 要小一些 U越大 電流表的讀數(shù)與總電流的偏差就越大 將測(cè)量結(jié)果與真實(shí)情況在U I坐標(biāo)系中表示出來(lái) 如圖所示 可見(jiàn)E測(cè) E真 r測(cè) r真 五 注意事項(xiàng)在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意以下四點(diǎn) 1 電池應(yīng)選使用過(guò)一段時(shí)間的半新電池 電流表一般選0 0 6A擋 電壓表一般選0 3V擋 2 閉合開關(guān)前 一定把滑動(dòng)變阻器滑片移到電阻最大的一端 3 在電流表有明顯示數(shù)且穩(wěn)定后 再讀出電壓表讀數(shù)U和電流表讀數(shù)I 4 一般來(lái)說(shuō)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻都隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)而變化 實(shí)驗(yàn)時(shí)不要長(zhǎng)時(shí)間通電 只是在讀數(shù)時(shí)讓電路接通 其他時(shí)間要斷開電路 1 請(qǐng)畫出能使本實(shí)驗(yàn)測(cè)量精確程度較高的實(shí)驗(yàn)電路圖 2 電路中電流表應(yīng)選用 電壓表應(yīng)選用 滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用 填字母代號(hào) 3 如圖甲所示為實(shí)驗(yàn)所需器材 請(qǐng)按電路圖連接實(shí)物圖 解題指導(dǎo) 1 實(shí)驗(yàn)器材的選取應(yīng)遵循安全 精確和操作方便的原則 本實(shí)驗(yàn)的誤差主要來(lái)自電壓表的分流 因此 本實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的選擇原則是 阻值范圍小而額定電流較大 電壓表的選擇原則是 在滿足量程要求的前提下選取內(nèi)阻較大的 電流表的選擇需根據(jù)實(shí)驗(yàn)中電流大小的估算值來(lái)確定 2 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求 先畫出電路圖 然后根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖 A C E 解析 1 電路如圖乙所示 2 考慮到待測(cè)電源只有一節(jié)干電池 所以電壓表應(yīng)選C 實(shí)驗(yàn)中電流又不能太大 一般不超過(guò)0 5A 所以電流表應(yīng)選A 滑動(dòng)變阻器不能選擇太大的阻值 從允許最大電流和減小實(shí)驗(yàn)誤差來(lái)看 應(yīng)選擇電阻較小而額定電流較大的滑動(dòng)變阻器E 3 如圖丙所示注意 閉合開關(guān)前 要使滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻最大 即滑到最左端 答案 1 如圖乙所示 3 如圖丙所示 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1 用電流表和電壓表測(cè)定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組 電動(dòng)勢(shì)約4 5V 內(nèi)電阻約1 的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 除待測(cè)電池組 電鍵 導(dǎo)線外 還有下列器材供選用 A 電流表 量程0 6A 內(nèi)電阻約1 B 電流表 量程3A 內(nèi)電阻約0 2 C 電壓表 量程3V 內(nèi)電阻約30k D 電壓表 量程6V 內(nèi)電阻約60k E 滑動(dòng)變阻器 0 1000 額定電流0 5AF 滑動(dòng)變阻器 0 20 額定電流2A 1 為了使測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確 電流表應(yīng)選用 電壓表應(yīng)選用 滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用 均填儀器的字母代號(hào) 2 如圖為正確選擇儀器后 連好的部分電路 為了使測(cè)量誤差盡可能小 還需在電路中用導(dǎo)線將 和 相連 和 相連 和 相連 均填儀器上接線柱的字母代號(hào) A D F a d c g f h 解析 1 此次實(shí)驗(yàn)電流表內(nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有影響 選擇小量程電流表 減小讀數(shù)誤差 串聯(lián)電池的電動(dòng)勢(shì)約為4 5V 電壓表應(yīng)選擇D項(xiàng) 接入電路中的電阻在滿足要求的條件下不宜過(guò)大 容易調(diào)節(jié) 故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選F 2 電壓表的內(nèi)阻相對(duì)滑動(dòng)變阻器的內(nèi)阻較大 流經(jīng)電壓表的電流可以忽略不計(jì) 所以選擇電流表內(nèi)接法 以減小誤差 1 圖中電流表的示數(shù)為 A 0 44 2 調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 電壓表和電流表的示數(shù)記錄如下 請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù) 在圖2所示的方格紙上作出U I圖線 由圖線求得 電動(dòng)勢(shì)E V 內(nèi)阻r 1 60 1 58 1 62都算對(duì) 1 2 1 18 1 26都算對(duì) 3 實(shí)驗(yàn)時(shí) 小明進(jìn)行了多次測(cè)量 花費(fèi)了較長(zhǎng)時(shí)間 測(cè)量期間一直保持電路閉合 其實(shí) 從實(shí)驗(yàn)誤差考慮 這樣的操作不妥 因?yàn)?解析 1 電流表讀數(shù)時(shí)注意量程和有效數(shù)字 電流表使用的量程為0 0 6A 所以電流表讀數(shù)為0 44A 干電池長(zhǎng)時(shí)間使用后 電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻會(huì)發(fā)生變化 導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差增大 2 畫U I圖線時(shí)注意所描各點(diǎn)要均勻分布在線的兩側(cè) 并且縱坐標(biāo)要從1V開始 U I圖線如圖所示根據(jù)E U Ir 圖像中縱截距為電動(dòng)勢(shì) 所以E 1 60V 1 58 1 62都算對(duì) 斜率為內(nèi)阻 所以r 1 2 1 18 1 26都算對(duì) 3 干電池長(zhǎng)時(shí)間使用后 電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻會(huì)發(fā)生變化 導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差增大 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2 2017 廣州市荔灣區(qū)高二上學(xué)期期末 利用圖甲所示電路測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 定值電阻R0 2 0 1 某實(shí)驗(yàn)得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示 序號(hào)為2的電壓表 電流表的示數(shù)如圖乙所示 請(qǐng)讀出數(shù)據(jù) 完成下表 答 1 14 0 12 2 在答卷上圖丙的坐標(biāo)紙上將所缺數(shù)據(jù)點(diǎn)補(bǔ)充完整并作圖 根據(jù)圖線求得斜率k V A 保留兩位有效數(shù)字 3 根據(jù)圖線求得干電池的電動(dòng)勢(shì)E V 內(nèi)電阻r 保留兩位有效數(shù)字 解析 1 一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)約為1 5V 所以電壓表量程為0 3V 根據(jù)乙圖可知 電壓表示數(shù)U 1 14V 定值電阻R0 2 0 電源內(nèi)阻約為1 左右 所以電流表選量程0 0 6A 根據(jù)乙圖可知 電流表示數(shù)I 0 12A 3 0 1 5 1 0 素養(yǎng)提升 1 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)電路如圖所示 改變電阻箱的阻值 記錄幾組R和I 根據(jù)E I R r 列方程組或利用圖象法求解E r 用電流表和電阻箱測(cè)E和r 安阻法 1 30 2 為了更準(zhǔn)確地測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 他用多用電表的 直流100mA 擋設(shè)計(jì)了如圖乙所示的測(cè)量電路 為了電表安全 請(qǐng)估算開關(guān)閉合前電阻箱的最小取值為 3 將多用電表的選擇開關(guān)從 OFF 旋轉(zhuǎn)至 直流100mA 擋 調(diào)節(jié)電阻箱到合適的值并記錄其讀數(shù)R 合上開關(guān)從多用電表上讀出相應(yīng)的示數(shù)I 13 1 40 8 r