高考物理大一轮复习-第七章--实验九-测定电源的电动势和内阻.ppt

知识梳理,重难突破,栏目索引,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高考物理大一轮复习 第七章 实验九 测定电源的电动势和内阻课件,实验目的,1.掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法;进一步理解闭合,电路欧姆定律。,知识梳理,2.掌握用图象法求电动势和内阻的方法。,实验原理,1.实验依据:闭合电路欧姆定律。,2.实验电路:如图。,3.,E,和,r,的求解:由,U,=,E,-,Ir,得:,解得:,4.作图法处理数据,如图:,(1)图线与纵轴交点为,E,。,(2)图线与横轴交点为,I,短,=,。,(3)图线的斜率绝对值表示,r,=,。,实验器材,电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、,铅笔等。,实验步骤,1.电流表用0.6 A量程,电压表用3 V量程,按实验电路图连接好电路。,2.把变阻器的滑片移动到使连入电路中的阻值最大的一端。,3.闭合开关,调节变阻器的滑片位置,使电流表有明显示数并记录一组数据,I,1,、,U,1,。用同样方法测量几组,I,、,U,值。填入表格中。,4.断开开关,拆除电路,整理好器材。,数据处理,本实验中数据的处理方法,一是联立方程求解的公式法,二是描点画图法。,第1组,第2组,第3组,第4组,第5组,第6组,U,/V,I,/A,方法一取六组对应的,U,、,I,数据,数据满足的关系式,U,1,=,E,-,I,1,r,、,U,2,=,E,-,I,2,r,、,U,3,=,E,-,I,3,r,、,让第1式和第4式联立方程,第2式和第5式联立方程,第3式和,第6式联立方程,这样解得三组,E,、,r,取其平均值作为电池的电动势,E,和内阻,r,的大小。,方法二以路端电压,U,为纵轴、干路电流,I,为横轴建立,U,-,I,坐标系,在坐标,平面内描出各组,I,、,U,值所对应的点,然后尽量多地通过这些点作一条直线,不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧,则直线与纵轴交点的纵坐标即,是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距),直线的斜率绝对值即为电池,的内阻,r,即,r,=,。,误差分析,1.读数误差和电表引起的误差。,E,和,r,时,由于作图不准确造成的误差。,3.本实验采用实验原理图所示的测量电路是存在系统误差的,这是由于电,压表的分流,I,V,引起的,使电流表的示数,I,测,小于电池的输出电流,I,真,。因为,I,真,=,I,测,+,I,V,而,I,V,=,U,/,R,V,U,越大,I,V,越大,U,趋近于零时,I,V,也趋近于零。所以此种情况,下图线与横轴的交点为真实的短路电流,而图线与纵轴的交点为电动势的,测量值,比真实值偏小。修正后的图线如图所示,显然,E,、,r,的测量值都比,真实值偏小,r,测,r,真,、,E,测,r,真,。,甲,乙,注意事项,1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻应选得大些(选用已使用过,一段时间的干电池)。,I,调得过大,每次读完,U,和,I,的数据后应立即断开电源,以免,干电池在大电流放电时极化现象严重,使得,E,和,r,明显变化。,I,、,U,数据,且变化范围要大些,用方程组求解时,类似于逐,差法,要将测出的,I,、,U,数据中,第1组和第4组为一组,第2组和第5组为一组,第3组和第6组为一组,分别解出,E,、,r,再求平均值。,U,-,I,图线时,要使尽可能多的点落在这条直线上,不在直线上的点应对,称分布在直线两侧,不要顾及个别离开直线较远的点,以减小偶然误差。,5.干电池内阻较小时,U,的变化较小,此时,坐标图中数据点将呈现如图甲所,示的状况,使下部大面积空间得不到利用。为此,可使纵坐标不从零开始而,是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标,I,必须从零开始),如图乙所示,并且把纵坐标的比例放大,可使结果的误差减小。此时图线与横轴交点不,表示短路电流,而图线与纵轴的截距仍为电源电动势。要在直线上任取两,个相距较远的点,用,r,=,计算出电池的内阻,r,。,1.如图甲所示,电压表V,1,、V,2,串联接入电路中时,示数分别为6 V和4 V,当只,有电压表V,2,接入电路中时,如图乙所示,示数为9 V,电源的电动势为,(),A.9.8 VB.10 VC.10.8 VD.11.2 V,答案C设电源的电动势和内阻分别为,E,和,r,电压表V,2,的内阻为,R,2,根据闭合电路欧姆定律,对图甲和图乙分别有:,E,=6+4+,r,E,=9+,r,解得:,E,=10.,8 V。故只有选项C正确。,2.用电流表和电压表测电源的电动势和内阻:,(1)画出实验电路图。(电源内阻很小),(2)如图所示是根据两个电源的测量数据绘制的图线。由图可知:图线与电,压,U,轴的交点表示,电源的内阻,电源的内阻(填,“大于”“等于”或“小于”),用此电路测得的电动势和内阻比真实值,。,(3)图中两直线、的交点表示两个电路中,相等。,(2)电源的电动势小于偏小,(3)外电路电阻和外电路消耗的电功率,答案(1)如图所示,解析(2)纵轴截距表示电源的电动势,图线的斜率的绝对值表示电源的,内阻,线比线陡一些,故电源的内阻小于电源的内阻,用此电路测,得的电动势和内阻比真实值偏小。,(3)、的交点表示外电路电压、电流都相同,说明外电路的电阻、电功,率相同。,B,的电动势,E,及内阻,r,(,E,约为4.5 V,r,约为1.5)。,器材:量程3 V的理想电压表,量程0.5 A的电流表,(具有一定内阻),固,定电阻,R,=4,滑动变阻器,R,开关S,导线若干。,(1)在虚线框中画出实验电路原理图。图中各元件需用题目中给出的符号,或字母标出。,(2)实验中,当电流表读数为,I,1,时,电压表读数为,U,1,;当电流表读数为,I,2,时,电压,表读数为,U,2,。则可以求出,E,=,r,=,。(用,I,1,I,2,U,1,U,2,及,R,表示),答案(1)如图所示,(2),-,R,解析列方程:,E,=,U,1,+,I,1,(,r,+,R,),E,=,U,2,+,I,2,(,r,+,R,),答案(1)如图所示,解得:,E,=,r,=,-,R,4.某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中,串联了一,只2 的保护电阻,R,0,实验电路如图甲所示,请回答下列问题:,(1)按电路原理图甲连接实物电路图乙。,(2)连好电路后,该同学开始实验,闭合开关S后,他发现电流表的示数为零,电压表的示数不为零,他用多用电表的电压挡检查电路,把两表笔分别,接,a,、,b,和,b,、,c,及,d,、,e,时,示数均为零,把两表笔接,c,、,d,时,其示数与电压表示,数相同,检查各接线柱均未接错,且接触良好,各接线之间也未发生短路,由,此可推断故障原因应是,。,(3)排除故障后,该同学顺利完成实验,测得下列五组数据:,1,2,3,4,5,U,/V,1.60,1.40,1.20,1.00,0.80,I,/A,0.13,0.20,0.27,0.33,0.40,根据数据在图坐标上画出,U,-,I,图象,并求出该电池电动势,E,=,V,r,=,。,(4)考虑电表本身电阻对测量结果的影响,分析造成本实验系统误差的原因,是:,。,答案(1)图见解析(2)滑动变阻器断路(3)图见解析1.850.6(4),电压表的分流,解析(1)如图所示,(2)闭合开关S后,发现电压表的示数不为零,多用电表接,c,、,d,时,其示数与电,压表相同,说明电压表与电源之间、多用电表与电源之间形成闭合回路,d,-,e,-,a,-,b,-,c,处均不断路;又电流表的示数为零,且又不是短路故障,则只能是滑动,变阻器断路。,(3)电源的,U,-,I,图象如图所示:,从图象上取相距较远的两点,再利用闭合电路欧姆定律可得,E,=1.85 V,r,=0.6。,(4)在本实验中,由于电压表的分流作用,所以通过电源的电流大于电流表的,示数,所以产生系统误差的原因是电压表的分流。,典例1用图所示电路,测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较,小,为了防止在调节滑动变阻器时造成短路,电路中用一个定值电阻,R,0,起保,护作用。除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有:,一、实验器材和实验误差,重难突破,为此,可使纵坐标不从零开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始),如图乙所示,并且把纵坐标的比例放大,可使结果的误差减小。,6 时,其对应的电流表的示数如图乙所示。,答案C设电源的电动势和内阻分别为E和r,电压表V2的内阻为R2,根据闭合电路欧姆定律,对图甲和图乙分别有:E=6+4+r,E=9+r,解得:E=10.,(1)要正确完成实验,电压表的量程应选择V,电流表的量程应选择A;R0应选择的定值电阻,R应选择阻值范围是的滑动变阻器。,(2)电源的电动势小于偏小,为了操作方便,滑动变阻器选用010 的。,(1)要正确完成实验,电压表的量程应选择V,电流表的量程应选择A;R0应选择的定值电阻,R应选择阻值范围是的滑动变阻器。,(1)要正确完成实验,电压表的量程应选择V,电流表的量程应选择A;R0应选择的定值电阻,R应选择阻值范围是的滑动变阻器。,图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出。,I、U数据,且变化范围要大些,用方程组求解时,类似于逐差法,要将测出的I、U数据中,第1组和第4组为一组,第2组和第5组为一组,第3组和第6组为一组,分别解出E、r再求平均值。,(3)排除故障后,该同学顺利完成实验,测得下列五组数据:,用电流表和电压表测电源的电动势和内阻:,(2)由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比真实值小,造成E测E真,r测r真。,接通开关,逐次改变电阻箱的阻值R,读出与R对应的电流表的示数I,并作记录。,典例1用图所示电路,测定一节干电池的电动势和内阻。,解析列方程:E=U1+I1(r+R),E=U2+I2(r+R),根据数据在图坐标上画出U-I图象,并求出该电池电动势E=V,r=。,(a)电流表(量程0.6 A、3 A);,(b)电压表(量程3 V、15 V);,(c)定值电阻(阻值1、额定功率5 W);,(d)定值电阻(阻值10、额定功率10 W);,(e)滑动变阻器(阻值范围010、额定电流2 A);,(f)滑动变阻器(阻值范围0100、额定电流1 A)。,那么:,(1)要正确完成实验,电压表的量程应选择,V,电流表的量程应选择,A;,R,0,应选择,的定值电阻,R,应选择阻值范围是,的滑动变阻器。,(2)引起该实验系统误差的主要原因是,。,解析(1)干电池的电动势大约是1.5 V,所以电压表选用3 V量程。,为了减小电流表指针偏角太小带来的误差,故电流表选用0.6 A量程,定值,电阻选用1 的。为了操作方便,滑动变阻器选用010 的。,(2)由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比真实值小,造成,E,测,E,真,r,测,r,真,。,答案(1)30.61010(2)电压表的分流,二、实验数据的处理,典例2某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一,下这个电池的电动势,E,和内电阻,r,但是从实验室只借到一个开关、一个电,阻箱(最大阻值为999.9,可当标准电阻用)、一只电流表(量程,I,g,=0.6 A,内,阻,r,g,=0.1)和若干导线。,请根据测定电动势,E,和内电阻,r,的要求,设计图甲中器件的连接方式,画线,把它们连接起来。,内阻,线比线陡一些,故电源的内阻小于电源的内阻,用此电路测得的电动势和内阻比真实值偏小。,接通开关,逐次改变电阻箱的阻值R,读出与R对应的电流表的示数I,并作记录。,为了减小电流表指针偏角太小带来的误差,故电流表选用0.,在图丙上把描绘出的坐标点连成图线。,要在直线上任取两个相距较远的点,用r=计算出电池的内阻r。,该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.,电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔等。,所以此种情况下图线与横轴的交点为真实的短路电流,而图线与纵轴的交点为电动势的测量值,比真实值偏小。,断开开关,拆除电路,整理好器材。,I调得过大,每次读完U和I的数据后应立即断开电源,以免干电池在大电流放电时极化现象严重,使得E和r明显变化。,解析(1)如图所示,答案C设电源的电动势和内阻分别为E和r,电压表V2的内阻为R2,根据闭合电路欧姆定律,对图甲和图乙分别有:E=6+4+r,E=9+r,解得:E=10.,(2)-R,典例1用图所示电路,测定一节干电池的电动势和内阻。,解析列方程:E=U1+I1(r+R),E=U2+I2(r+R),接通开关,逐次改变电阻箱的阻值,R,读出与,R,对应的电流表的示数,I,并作,记录。当电阻箱的阻值,R,=2.6 时,其对应的电流表的示数如图乙所示。处,理实验数据时,首先计算出每个电流值,I,的倒数,;再制作,R,-,坐标图,如图丙,所示,图中已标注出了,的几个与测量对应的坐标点。请你将与图乙,实验数据对应的坐标点也标注在图丙上。,在图丙上把描绘出的坐标点连成图线。,根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势,E,=,V,内电阻,r,=,。,解析见答案。由欧姆定律有,I,=,得,R,=,-(,r,+,r,g,),图线的,斜率等于电源电动势,在纵轴上的截距等于电源内阻与电流表内阻之和的,负值,由图可知,E,=1.5 V,r,=0.3。,答案如图甲所示,如图乙所示,如图乙所示,1.5(1.461.54)0.3(0.250.35),甲,