第第5 5節(jié)學(xué)生實驗節(jié)學(xué)生實驗: :測量電源的電動勢和內(nèi)阻測量電源的電動勢和內(nèi)阻實驗探究實驗探究實驗基礎(chǔ)實驗基礎(chǔ)典例研習(xí)典例研習(xí)實驗基礎(chǔ)實驗基礎(chǔ) 解讀實驗解讀實驗萃取精華萃取精華一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?.1.用伏安法測電源電動勢和內(nèi)電阻用伏安法測電源電動勢和內(nèi)電阻. .2.2.掌握用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)掌握用圖像法處理實驗數(shù)據(jù). .二、實驗原理二、實驗原理實驗電路實驗電路: :如圖所示如圖所示. .若改變外電路電阻若改變外電路電阻R,R,用電流表和電壓表測出兩組總電流用電流表和電壓表測出兩組總電流I I1 1,I,I2 2和對應(yīng)路端和對應(yīng)路端電壓電壓U U1 1,U,U2 2, ,由由E=E=U+IrU+Ir可得到兩個二元一次方程組可得到兩個二元一次方程組, ,從而解得電源的電動勢從而解得電源的電動勢和內(nèi)阻和內(nèi)阻. .三、實驗器材三、實驗器材被測電源、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線被測電源、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線. .實驗探究實驗探究 探尋結(jié)論探尋結(jié)論提升精度提升精度一、實驗操作一、實驗操作1.1.確定電流表、電壓表的量程確定電流表、電壓表的量程, ,按電路圖把器材連接好按電路圖把器材連接好, ,如圖所示如圖所示. .2.2.把滑動變阻器的滑動片移到使阻值最大一端把滑動變阻器的滑動片移到使阻值最大一端. .3.3.閉合開關(guān)閉合開關(guān), ,調(diào)節(jié)變阻器調(diào)節(jié)變阻器, ,使電流表有明顯示數(shù)使電流表有明顯示數(shù), ,記錄一組電流表和電壓記錄一組電流表和電壓表的示數(shù)表的示數(shù), ,用同樣的方法測量并記錄幾組用同樣的方法測量并記錄幾組I I和和U U的值的值, ,并填入表格并填入表格. .4.4.斷開開關(guān)斷開開關(guān), ,拆去實驗線路拆去實驗線路, ,整理好器材整理好器材. .二、數(shù)據(jù)處理二、數(shù)據(jù)處理1.1.代數(shù)法代數(shù)法: :利用利用U,IU,I的值分別列出若干關(guān)于的值分別列出若干關(guān)于E=E=U+IrU+Ir方程組方程組, ,求出若干組求出若干組E E和和r r的的值值, ,算出它們的平均值作為測量結(jié)果算出它們的平均值作為測量結(jié)果. .2.2.圖像法圖像法(1)(1)以以I I為橫坐標(biāo)、為橫坐標(biāo)、U U為縱坐標(biāo)建立平面直角坐標(biāo)系為縱坐標(biāo)建立平面直角坐標(biāo)系, ,根據(jù)幾組根據(jù)幾組I,UI,U的測量數(shù)據(jù)的測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點在坐標(biāo)系中描點. .(2)(2)用直尺畫一條直線用直尺畫一條直線, ,使盡量多的點落在這條直線上使盡量多的點落在這條直線上, ,不在直線上的點不在直線上的點, ,能能大致均衡地分布在直線兩側(cè)大致均衡地分布在直線兩側(cè). .(3)(3)如圖所示如圖所示: :圖線與縱軸交點為圖線與縱軸交點為E.E.圖線與橫軸交點為圖線與橫軸交點為I I短短= .= .Er圖線的斜率表示圖線的斜率表示r=| |.r=| |.UI三、誤差分析三、誤差分析四、注意事項四、注意事項1.1.使用內(nèi)阻大些使用內(nèi)阻大些( (用過一段時間用過一段時間) )的干電池的干電池, ,在實驗中不要將在實驗中不要將I I調(diào)得過大調(diào)得過大, ,每次讀完每次讀完U,IU,I讀數(shù)立即斷電讀數(shù)立即斷電, ,以免干電池在大電流放電時極化現(xiàn)象嚴(yán)重使以免干電池在大電流放電時極化現(xiàn)象嚴(yán)重使E,rE,r明顯變化明顯變化. .UI2.2.干電池內(nèi)阻較小時干電池內(nèi)阻較小時U U的變化較小的變化較小, ,坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點將呈現(xiàn)如圖坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點將呈現(xiàn)如圖( (甲甲) )所示的所示的狀況狀況, ,為此可使坐標(biāo)不從零開始為此可使坐標(biāo)不從零開始, ,如圖如圖( (乙乙) )所示所示, ,縱坐標(biāo)不從零開始縱坐標(biāo)不從零開始, ,把縱坐把縱坐標(biāo)的比例放大標(biāo)的比例放大, ,可使結(jié)果的誤差減小些可使結(jié)果的誤差減小些. .此時圖線與橫軸交點不表示短路電此時圖線與橫軸交點不表示短路電流流, ,在直線上任取兩個相距較遠(yuǎn)的點在直線上任取兩個相距較遠(yuǎn)的點, ,用用r=| |r=| |計算出電池的內(nèi)阻計算出電池的內(nèi)阻r.r.3.3.合理地選擇電壓表與電流表的量程可以減小讀數(shù)誤差合理地選擇電壓表與電流表的量程可以減小讀數(shù)誤差. .典例研習(xí)典例研習(xí) 通法悟道通法悟道拓寬思路拓寬思路類型一類型一 儀器的選取和實物連線儀器的選取和實物連線【例例1 1】 “ “用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)阻用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)阻”的實驗的實驗, ,供選供選用的器材有用的器材有: :A.A.電流表電流表( (量程量程:0:00.6 A,R0.6 A,RA A=1 )=1 )B.B.電流表電流表( (量程量程:0:03 A,R3 A,RA A=0.6 )=0.6 )C.C.電壓表電壓表( (量程量程:0:03 V,RV=5 3 V,RV=5 kk) )D.D.電壓表電壓表( (量程量程:0:015 V,R15 V,RV V=10 =10 kk) )E.E.滑動變阻器滑動變阻器(0(010 ,10 ,額定電流額定電流1.5 A)1.5 A)F.F.滑動變阻器滑動變阻器(0(02 2 kk, ,額定電流額定電流0.2 A)0.2 A)G.G.待測電源待測電源( (一節(jié)一號干電池一節(jié)一號干電池) )、開關(guān)、導(dǎo)線若干、開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)(1)請在虛線框中畫出本實驗的實驗電路圖請在虛線框中畫出本實驗的實驗電路圖. .(2)(2)電路中電流表應(yīng)選用電路中電流表應(yīng)選用, ,電壓表應(yīng)選用電壓表應(yīng)選用, ,滑動變阻器滑動變阻器應(yīng)選用應(yīng)選用.(.(用字母代號填寫用字母代號填寫)(3)(3)如圖所示為實驗所需器材如圖所示為實驗所需器材, ,請按實驗原理圖連接成正確的實驗電路請按實驗原理圖連接成正確的實驗電路. .核心點撥核心點撥 選擇電路選擇電路: :電壓表要并聯(lián)在電源兩端電壓表要并聯(lián)在電源兩端. .選擇電表選擇電表: :根據(jù)電源電動勢的大小選擇電壓表的量程根據(jù)電源電動勢的大小選擇電壓表的量程; ;一節(jié)電池供電一節(jié)電池供電, ,電電流不會太大流不會太大, ,且小量程電表更容易讀數(shù)且小量程電表更容易讀數(shù). .電阻的選擇電阻的選擇: :阻值太大阻值太大, ,調(diào)節(jié)范圍太小調(diào)節(jié)范圍太小, ,很容易造成短路很容易造成短路. .如何連接如何連接: :先連接外圍干路先連接外圍干路, ,最后再連電壓表最后再連電壓表. .解析解析: :(1)(1)電路如圖所示電路如圖所示, ,由于在電路中只要求電壓表的內(nèi)阻由于在電路中只要求電壓表的內(nèi)阻R RV Vr r, ,這種這種條件很容易實現(xiàn)條件很容易實現(xiàn), ,所以應(yīng)使用該電路所以應(yīng)使用該電路. .(2)(2)考慮到待測電源只有一節(jié)干電池考慮到待測電源只有一節(jié)干電池, ,所以電壓表應(yīng)選所以電壓表應(yīng)選C;C;放電電流又不能放電電流又不能太大太大, ,一般不超過一般不超過0.5 A,0.5 A,所以電流表應(yīng)選所以電流表應(yīng)選A;A;滑動變阻器不能選擇阻值太滑動變阻器不能選擇阻值太大的大的, ,從允許最大電流和減小實驗誤差的角度來看從允許最大電流和減小實驗誤差的角度來看, ,應(yīng)選擇電阻較小額定應(yīng)選擇電阻較小額定電流較大的滑動變阻器電流較大的滑動變阻器E,E,故器材應(yīng)選故器材應(yīng)選A,C,E.A,C,E.(3)(3)如圖所示如圖所示. .答案答案: :(1)(1)見解析見解析(2)A(2)AC CE E(3)(3)見解析見解析規(guī)律方法規(guī)律方法 器材的選擇原則器材的選擇原則實驗器材的選取應(yīng)遵循安全、精確和操作方便的原則實驗器材的選取應(yīng)遵循安全、精確和操作方便的原則. .本實驗的誤差主本實驗的誤差主要來自電壓表的分流要來自電壓表的分流. .因此實驗中滑動變阻器的選擇原則是因此實驗中滑動變阻器的選擇原則是: :阻值范圍較阻值范圍較小而額定電流較大小而額定電流較大; ;電壓表的選擇原則是電壓表的選擇原則是: :在滿足量程要求的前提下選取在滿足量程要求的前提下選取內(nèi)阻較大的內(nèi)阻較大的; ;電流表的選擇需根據(jù)電源和選用的滑動變阻器來確定電流表的選擇需根據(jù)電源和選用的滑動變阻器來確定. .類型二類型二 實驗數(shù)據(jù)的處理實驗數(shù)據(jù)的處理【例例2 2】 (2015(2015江蘇卷江蘇卷,10),10)小明利用如圖小明利用如圖( (甲甲) )所示的實驗裝置測量一所示的實驗裝置測量一干電池的電動勢和內(nèi)阻干電池的電動勢和內(nèi)阻. .(1)(1)圖中電流表的示數(shù)為圖中電流表的示數(shù)為A.A.解析解析: :(1)(1)電流表所用量程為電流表所用量程為0 00.6 A,0.6 A,其分度值為其分度值為0.02 A,0.02 A,其示數(shù)為其示數(shù)為0.4 A+0.4 A+2 20.02 A=0.44 A.0.02 A=0.44 A.答案答案: :(1)0.44(1)0.44 (2)(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器調(diào)節(jié)滑動變阻器, ,電壓表和電流表的示數(shù)記錄如下電壓表和電流表的示數(shù)記錄如下: :請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)請根據(jù)表中的數(shù)據(jù), ,在圖在圖( (乙乙) )中作出中作出U-IU-I圖線圖線. .由圖線求得由圖線求得: :電動勢電動勢E=E=V;V;內(nèi)阻內(nèi)阻r=r=.答案答案: :(2)U-I(2)U-I圖線見解析圖線見解析1.60(1.581.60(1.581.621.62都算對都算對) )1.2(1.181.2(1.181.261.26都算對都算對) ) 解析解析: :(3)(3)干電池長時間使用后干電池長時間使用后, ,電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生變化電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生變化, ,導(dǎo)致實驗誤差導(dǎo)致實驗誤差增大增大. .(3)(3)實驗時實驗時, ,小明進行了多次測量小明進行了多次測量, ,花費了較長時間花費了較長時間, ,測量期間一直保持電路測量期間一直保持電路閉合閉合. .其實其實, ,從實驗誤差考慮從實驗誤差考慮, ,這樣的操作不妥這樣的操作不妥, ,因為因為 .答案答案: :(3)(3)見解析見解析 類型三類型三 用其他方法測用其他方法測E E和和r r【例例3 3】 利用如圖利用如圖(a)(a)所示電路所示電路, ,可以測量電源的電動勢和內(nèi)阻可以測量電源的電動勢和內(nèi)阻, ,所用的所用的實驗器材有實驗器材有: :待測電源待測電源, ,電阻箱電阻箱R(R(最大阻值最大阻值999.9 ),999.9 ),電阻電阻R R0 0( (阻值為阻值為3.0 ),3.0 ),電阻電阻R R1 1( (阻值阻值為為3.0 ),3.0 ),電流表電流表 ( (量程為量程為200 200 mAmA, ,內(nèi)阻為內(nèi)阻為R RA A=6.0 ),=6.0 ),開關(guān)開關(guān)S.S.實驗步驟如下實驗步驟如下: :將電阻箱阻值調(diào)到最大將電阻箱阻值調(diào)到最大, ,閉合開關(guān)閉合開關(guān)S;S;多次調(diào)節(jié)電阻箱多次調(diào)節(jié)電阻箱, ,記下電流表的示數(shù)記下電流表的示數(shù)I I和電阻箱相應(yīng)的阻值和電阻箱相應(yīng)的阻值R;R;求出直線的斜率求出直線的斜率k k和在縱軸上的截距和在縱軸上的截距b.b.回答下列問題回答下列問題: :(1)(1)分別用分別用E E和和r r表示電源的電動勢和內(nèi)阻表示電源的電動勢和內(nèi)阻, ,則則 與與R R的關(guān)系式為的關(guān)系式為.1I(2)(2)實驗得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示實驗得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示, ,其中電阻其中電阻R=3.0 R=3.0 時電流表的示數(shù)如時電流表的示數(shù)如圖圖(b)(b)所示所示, ,讀出數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù), ,完成下表完成下表. .答答: :, ,. . 答案答案: :(2)0.110(2)0.1109.099.09解析解析: :(2)(2)電流表每小格表示電流表每小格表示4 4 mAmA, ,因此電流表讀數(shù)是因此電流表讀數(shù)是0.110 A,0.110 A,倒數(shù)是倒數(shù)是9.09A9.09A-1-1. .(3)(3)在圖在圖(c)(c)的坐標(biāo)紙上將所缺數(shù)據(jù)點補充完整并作圖的坐標(biāo)紙上將所缺數(shù)據(jù)點補充完整并作圖, ,根據(jù)圖線求得斜率根據(jù)圖線求得斜率k=k=A A-1-1-1-1, ,截距截距b=b=A A-1-1.(4)(4)根據(jù)圖線求得電源電動勢根據(jù)圖線求得電源電動勢E=E=V,V,內(nèi)阻內(nèi)阻r=r=.答案答案: :(3)1.0(3)1.06.06.0(4)3.0(4)3.01.01.0解析解析: :(3)(3)根據(jù)給出的點根據(jù)給出的點, ,畫出一條直線畫出一條直線, ,如圖所示如圖所示, ,得出斜率得出斜率k=1.0 Ak=1.0 A-1-1-1-1, ,截距截距b=6.0 Ab=6.0 A-1-1. .