2018-2019學(xué)年高中物理 第4章 探究閉合電路歐姆定律 4.2 測量電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案 滬科版選修3-1.doc
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4.2測量電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握測量電源電動勢和內(nèi)阻的實驗原理、實驗電路和實驗方法2.學(xué)會用圖像法處理實驗數(shù)據(jù),探究誤差產(chǎn)生的原因和減小誤差的方法知識探究一、實驗原理和方法1公式法:如圖421所示,由閉合電路的歐姆定律得EUIr.圖421改變變阻器的阻值,從電流表、電壓表中讀出幾組U和I值,組成方程組可求解E、r.2圖像法:利用UEIr,建立UI圖像,根據(jù)測得數(shù)據(jù)描點畫圖,利用圖線截距、斜率的意義求E、r.二、實驗器材待測電池,電壓表(03 V),電流表(00.6 A),滑動變阻器(10 ),開關(guān),導(dǎo)線三、實驗步驟1確定電流表、電壓表的量程,按圖422連接好電路,并將滑動變阻器的滑片移到使接入電路的阻值為最大值的一端圖4222閉合開關(guān)S,接通電路,將滑動變阻器的滑片由一端向另一端移動,從電流表有明顯讀數(shù)開始,記錄一組電流表、電壓表讀數(shù)3同樣的方法,依次記錄多組U、I值4斷開開關(guān)S,拆除電路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,過這些點作一條直線,根據(jù)縱軸截距求出電動勢,根據(jù)斜率大小求出內(nèi)電阻四、數(shù)據(jù)處理為減小測量誤差,本實驗常選用以下兩種數(shù)據(jù)處理方法:1公式法利用依次記錄的多組數(shù)據(jù)(一般6組),分別記錄且如表所示:實驗序號123456I/AI1I2I3I4I5I6U外/VU1U2U3U4U5U6分別將1、4組,2、5組,3、6組聯(lián)立方程組解出E1、r1,E2、r2,E3、r3,求出它們的平均值E,r作為測量結(jié)果2圖像法把測出的多組U、I值,在UI圖中描點畫圖像,使UI圖像的直線經(jīng)過大多數(shù)坐標(biāo)點或使各坐標(biāo)點大致分布在直線的兩側(cè),如圖423所示,由UEIr可知:圖423(1)縱軸截距等于電源的電動勢E,橫軸截距等于外電路短路時的電流Im.(2)直線斜率的絕對值等于電源的內(nèi)阻,即r|.(3)若電源內(nèi)阻r0(理想電源),則UE.五、誤差分析1偶然誤差:主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作UI圖像時描點不準(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)值比實際的總電流(即流過電源的電流)要小一些U越大,電流表的讀數(shù)與總電流的偏差就越大,將測量結(jié)果與真實情況在UI坐標(biāo)系中表示出來,如圖424所示,可見E測E真,r測r真圖424六、注意事項1器材或量程的選擇(1)電池:為了使路端電壓變化明顯,電池的內(nèi)阻宜大些,可選用已使用過一段時間的1號干電池(2)電壓表的量程:實驗用的是一節(jié)干電池,因此電壓表量程在大于1.5 V的前提下,越小越好,實驗室中一般采用量程為03V的電壓表(3)電流表的量程:對于電池來講允許通過的電流最大為0.5 A,故電流表的量程選00.6A的(4)滑動變阻器:干電池的內(nèi)阻較小,為了獲得變化明顯的路端電壓,滑動變阻器選擇阻值較小一點的2電路的選擇伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻有兩種接法,由于電流表內(nèi)阻與干電池內(nèi)阻接近,所以電流表應(yīng)采用內(nèi)接法,即一般選擇誤差較小的甲電路圖甲乙圖4253實驗操作電池在大電流放電時極化現(xiàn)象較嚴(yán)重,電動勢E會明顯下降,內(nèi)阻r會明顯增大,故長時間放電不宜超過0.3 A,短時間放電不宜超過0.5 A因此,實驗中不要將I調(diào)得過大,讀電表示數(shù)要快,每次讀完后應(yīng)立即斷電4數(shù)據(jù)處理(1)當(dāng)路端電壓變化不是很明顯時,作圖像時,縱軸單位可以取得小一些,且縱軸起點不從零開始,把縱坐標(biāo)的比例放大(2)畫UI圖像時,要使較多的點落在這條直線上或使各點均衡分布在直線的兩側(cè),個別偏離直線太遠(yuǎn)的點可舍去不予考慮這樣,就可使偶然誤差得到部分抵消,從而提高精確度典例剖析某同學(xué)在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中,串聯(lián)了一只2.5 的保護(hù)電阻R0,實驗電路如圖426所示圖426(1)連好電路后,當(dāng)該同學(xué)閉合開關(guān)時,發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為0,電壓表示數(shù)不為0.檢查各接線柱均未接錯,接觸良好且未發(fā)生短路;他用多用電表的電壓擋檢查電路,把兩表筆分別接a、b,b、c,d、e時,示數(shù)均為0,把兩表筆接c、d時,示數(shù)與電壓表示數(shù)相同,由此可推斷故障是_(2)按電路原理圖及用多用電表的電壓擋檢查電路時,把兩表筆分別接c、d時的實物電路圖(如圖427所示)以筆畫線代替導(dǎo)線連接起來圖427(3)排除故障后,該同學(xué)順利完成實驗,測定得到下列數(shù)據(jù),根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖428中的坐標(biāo)上畫出UI圖線,由圖線知:電池的電動勢為_,內(nèi)阻為_I/A0.100.170.230.30U/V1.201.000.800.60圖428【解析】(1)用電壓表檢測c、d時,電壓表有示數(shù),說明有電流通過電壓表,但沒有電流通過多用電表所并聯(lián)的電路,說明多用電表所并聯(lián)的電路發(fā)生斷路故障由已知條件可知,是滑動變阻器R發(fā)生故障(3)電源的伏安特性曲線為直線,使直線通過盡量多的數(shù)據(jù)點,其他點均勻分布在線的兩側(cè)由UEI(rR0)可知,縱軸截距表示電動勢,則E1.50 V,斜率絕對值表示rR0,則:rR0 3.0 ,則r0.5 .【答案】(1)R斷路(2)如圖甲所示甲(3)如圖乙所示1.50 V(1.411.51 V均可) 0.5 (0.50.7 均可)乙某研究性學(xué)習(xí)小組采用如圖429所示的電路測量某干電池的電動勢E和內(nèi)阻r,R為電阻箱,V為理想電壓表,其量程略大于電池的電動勢實驗中通過多次改變電阻箱的阻值R,從電壓表上讀出相應(yīng)的示數(shù)U,該小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)U與R不成線性關(guān)系,于是求出了相應(yīng)的電阻與電壓的倒數(shù)如下表所示圖429序號1234567(1)0.10.40.51.02.02.55.0(V1)0.360.440.430.600.871.001.58回答下列問題:(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)和實驗原理,你認(rèn)為第_(填序號)組數(shù)據(jù)是錯誤的,原因是_.(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù),請在圖4210所給的坐標(biāo)系中繪出 關(guān)系圖線圖4210(3)由圖線可知,該干電池的電動勢E_ V,內(nèi)阻r_ .(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)【解析】(1)根據(jù)EUr,得,知變大,就變大,故第3組數(shù)據(jù)錯誤(2)根據(jù)給定的各組、值在坐標(biāo)系中描出位置,然后依據(jù)這些位置作出 圖線,如圖所示(3)根據(jù)知,縱軸截距是電動勢的倒數(shù),斜率是,有0.35,得E2.9 V,r0.71 .【答案】(1)3隨著電阻的減小路端電壓應(yīng)逐漸減小(2)見解析圖(3)2.90.71測定電動勢和內(nèi)阻的兩個技巧(1)一般情況下選擇舊電池進(jìn)行測量,如果是新電池,可以串聯(lián)上一個阻值較小的定值電阻(2)用圖像處理數(shù)據(jù),一般選取UI圖像,有時選取其它圖像這時要根據(jù)閉合電路歐姆定律推導(dǎo)出和圖像相對應(yīng)的函數(shù)式,確立截距、斜率的物理意義就可解決問題隨 堂 自 測即 時 達(dá) 標(biāo)1(多選)用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中,下列說法中正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號:69682201】A應(yīng)選用舊的干電池作為被測電源,以使電壓表讀數(shù)變化明顯B應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電壓表和電流表C移動滑動變阻器的滑片時,不能使滑動變阻器短路造成電流表過載D使滑動變阻器阻值盡量大一些,測量誤差才小AC伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻實驗中,應(yīng)選用內(nèi)阻較大的電壓表和內(nèi)阻較小的電流表,滑動變阻器阻值不能太大,如果太大不便于調(diào)節(jié)實驗中應(yīng)選用舊的干電池作為被測電源,以使電壓表讀數(shù)變化明顯,移動滑動變阻器的滑片時,不能使滑動變阻器短路造成電流表過載所以A、C正確,B、D錯誤2用如圖4211所示電路,測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻電池的內(nèi)阻較小,為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路,電路中用一個定值電阻R0起保護(hù)作用除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外,可供使用的實驗器材還有:圖4211(a)電流表(量程0.6 A、3 A);(b)電壓表(量程3 V、15 V);(c)定值電阻(阻值1 、額定功率5 W);(d)定值電阻(阻值10 、額定功率10 W);(e)滑動變阻器(阻值范圍010 、額定電流2 A);(f)滑動變阻器(阻值范圍0100 、額定電流1 A)那么(1)要正確完成實驗,電壓表的量程應(yīng)選擇_ V,電流表的量程應(yīng)選擇_ A;R0應(yīng)選擇_ 的定值電阻,R應(yīng)選擇阻值范圍是_ 的滑動變阻器(2)引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是_.【解析】(1)由于電源是一節(jié)干電池(約1.5 V),所以選量程為3 V的電壓表;估算電流時,考慮到干電池的內(nèi)阻一般為幾歐,加上保護(hù)電阻,最大電流也在1.0 A以下,小于量程3 A的,所以選量程為0.6 A的電流表;由于電池內(nèi)阻較小,保護(hù)電阻不宜太大,選1 的即可,否則會使電流表、電壓表讀數(shù)范圍較小,造成較大的誤差;滑動變阻器的最大阻值一般比電池內(nèi)阻大幾倍就能很好地控制電路中的電流和電壓,因此取010 范圍(2)由于電壓表的分流作用,使電流表讀數(shù)總是比干路電流小,造成E測E真,r測r真【答案】(1)30.61010 (2)電壓表的分流3電源的電動勢和內(nèi)電阻的測量是高中階段重要的實驗在某次實驗中,實驗室可以提供的器材有:a待測電池:電動勢E(約3 V)、內(nèi)電阻r(約1 )b電流表:量程500 A,內(nèi)阻為400 c電流表:量程1 A,內(nèi)阻約0.2 d滑動變阻器:阻值0600 ,額定電流0.5 Ae滑動變阻器:阻值020 ,額定電流2.5 Af定值電阻7 600 g定值電阻600 (1)某實驗小組根據(jù)實驗室提供的器材,設(shè)計的實驗電路如圖4212所示,根據(jù)實驗?zāi)康暮驮撾娐吩韴D,電路中電流表A1應(yīng)選擇_,電流表A2應(yīng)選擇_,滑動變阻器R1應(yīng)選擇_,定值電阻R2應(yīng)選擇_(請?zhí)顚懫鞑那暗淖帜?圖4212(2)根據(jù)實驗原理圖可以寫出電源的電動勢和電源內(nèi)阻的關(guān)系為_,式中各物理量的意義為_.【導(dǎo)學(xué)號:69682202】【解析】(1)將小量程的電流表串聯(lián)一個電阻,可以改裝成較大量程的電壓表,采用較小最大值的滑動變阻器,有利于數(shù)據(jù)的測量和誤差的減小,所以電路中電流表A1應(yīng)選擇c,A2應(yīng)選擇b,R1應(yīng)選擇e,R2應(yīng)選擇f.(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律可得EUIr,路端電壓等于并聯(lián)支路電壓,所以U8 000I2,電路中總電流為II1I2,所以電源電動勢為E8 000I2(I1I2)r.【答案】(1)cbef (2)E8 000I2(I1I2)rI2為電流表A2的讀數(shù),I1為電流表A1的讀數(shù)4用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)電阻,提供的器材如圖4213甲所示圖4213(1)用實線代表導(dǎo)線把圖甲中的實物連線接成測量電路(兩節(jié)干電池串聯(lián)作為電源,圖中有部分線路已連好)(2)圖4213乙中的6個點表示實驗測得的6組電流I、電壓U的值,按照這些實驗值作出UI圖線,由此圖線求得的每節(jié)電池電動勢E_ V,每節(jié)電池的內(nèi)阻r_ .(取3位有效數(shù)字)【解析】(1)測量電路的實物連接圖如圖甲所示(2)按照實驗值作出的UI圖線如圖乙所示從圖像可以得出,圖線在U軸上的截距為2.96 V,則每節(jié)電池的電動勢為:E2.96 V1.48 V圖線斜率的絕對值為:k0.727,即電源的內(nèi)阻為:r電0.727 ,每節(jié)電池的內(nèi)阻為:rr電0.364 .【答案】(1)見解析圖(2)UI圖線見解析1.480.3645在測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗中,由于所用電壓表(視為理想電壓表)的量程較小,某同學(xué)設(shè)計了如圖4214所示的實物電路圖4214(1)實驗時,應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到_(選填“最大值”“最小值”或“任意值”)(2)改變電阻箱的阻值R,分別測出阻值R010 的定值電阻兩端的電壓U.下列兩組R的取值方案中,比較合理的方案是_(選填“1”或“2”)方案編號電阻箱的阻值R/1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點,繪出的 R圖像是一條直線若直線的斜率為k,在坐標(biāo)軸上的截距為b,則該電源的電動勢E_,內(nèi)阻r_.(用k、b和R0表示)【導(dǎo)學(xué)號:69682203】【解析】(1)實驗中電阻箱起到改變電路的總電阻和分壓作用,為了確保儀器的安全,一般將電阻箱的電阻先調(diào)到最大值(2)由于定值電阻R010 ,若選用方案1,則電壓表的示數(shù)較小,示數(shù)變化范圍也很小,所以選用方案2.(3)由題意可得E(R0Rr),變形為R,由題意得斜率k,截距b,解得E,rR0.【答案】(1)最大值(2)2(3)R06某個實驗小組認(rèn)為用一只已知內(nèi)阻的電流表和電阻箱,采用如圖4215甲所示的電路測電源電動勢與內(nèi)阻,比常規(guī)的伏安法更準(zhǔn)確若電流表內(nèi)阻阻值為RA,則測量的方法與步驟是:甲乙圖4215(1)將電阻箱阻值R調(diào)到最大,閉合S后觀察電流表示數(shù),然后再調(diào)節(jié)電阻箱,使電流表的示數(shù)指到某兩個恰當(dāng)?shù)闹担浵麓藭r電阻箱的阻值R1、R2及對應(yīng)的電流I1、I2;(2)根據(jù)以上的數(shù)據(jù)及閉合電路歐姆定律,建立方程組,即可求出電源的電動勢E與內(nèi)阻r.該方程組的表達(dá)式是:_、_.該實驗小組現(xiàn)在手頭只有一個電流表,只知其內(nèi)阻很小,卻不知具體阻值為了測出該電流表的內(nèi)阻,她們找來了如圖4215乙所示兩節(jié)干電池等實驗器材請你用筆畫線將圖中的實物連接成能測出電流表內(nèi)阻的電路注意滑動變阻器串聯(lián)接入電路起限流作用,開關(guān)閉合前其阻值應(yīng)_.【解析】根據(jù)題圖示電路,利用閉合電路歐姆定律可得:EI1(R1RAr)、EI2(R2RAr);兩節(jié)干電池的電動勢大約為3 V,電流表應(yīng)選0.6 A量程,在連接電路時,本著先串后并的原則進(jìn)行【答案】EI1(R1RAr)EI2(R2RAr) 連線如圖調(diào)至最大- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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