测电源电动势和内阻.doc

第九节 实验——测电源电动势和内阻
知识储备（自学）
【实验原理】如图所示。根据闭合电路欧姆定律，用电压表测出路端电压，电流表测出干路电流，通过滑动变阻器触头的调节，读出两组U、I 的值，得到方程组：
联立解得
【数据处理】
1．计算法：在这个实验中，可以根据上述的两个方程组，求解得到电源电动势E和电源内阻r。方法虽然简单，但由于在实验中人为的主观因素比较大，所以误差可能很大
2．图像法：这个实验中，我们常采用图像法求解电源电动势E和电源内阻r。
如图所示：总坐标轴U描述的电路的路端电压，横坐标轴描述的是电路中的干路电流。那么：
纵截距（图线与总坐标轴的交点）表示电路的开路电压，等于电源电动势E
横截距（图线与横坐标轴的交点）表示电路的短路电流
斜率的绝对值表示电源的内阻r，有
【误差分析】
当电压表、电流表都是理想电表时，测量结果就和上面的结果一样。但是，由于电压表的内阻不是无限大，电流表的内阻不是无限小。所以，电压表或电流表就会对测量结果有影响，造成理论上的误差。
1、电流表外接：
如右图甲所示，电压表测的是路端电压，但电流表测的不是干路电流——电压表分流了。
其干路电流 >IA
电压表测量的是路端电压
如右图中黑色线表示根据测量结果画出来的图线
红色线表示理论上对应的真实图线
图线中的P点表示的物理意义是：电路中的路端电压为U，电路中的干路电流为I。因为，干路电流,所以，我们只需把P点向右平移一小段距离（），就可以找到真实的路端电压和真实的干路电流所对应的点P’。当电压表的示数U越来越小时，电压表中的电流IV就越来越小，向右的平移量就越来越小。当电压表中的示数为零时，电压表就不再分流了，此时向右的平移量=0，电流表中的电流就等于干路电流了（即：电路的短路电流是真实的，根据公式也可以看出，当U等于0时，干路电流就等于电流表的示数）。这样，我们就可以连出像图中红色图线所示的真实图线了。
然后，根据图像的物理意义，就可以得出测量结果：

电流表外接时，为了减小误差，器材的选取一般遵循以下原则
电压表取量程比较大的（内阻比较大的） 电流表取内阻比较小的
滑动变阻器取阻值比较小的
电源取1-2节的旧电池（内阻较大，新电池内阻很小不易测量）
像图甲所示，为了减小误差-------减小电压表的分流造成的影响-------减小电压表中的电流大小，滑动变阻器阻值越小，流过电流表中的电流就越接近与干路电流
【测电源电动势和内阻的其它方法】
1、电流表内接（如图乙所示）
误差分析：电流表测得是干路电流，但由于电流表的分压，电压表测得的不是路端电压
其路端电压

分析：若右图所示，电流表
测量的是真实的干路电流，但
电压表测量的不是真实的路端
电压（因电流表分压，所以比真实
的路端电压小）。
所以，应该把点向上平移一小段距离（△U）。电流越小，电流表上分的电压就越小，当电流为零时，电流表就不分压了，此时电压表测量的就是真实的路端电压。
测量结果：

器材的选取
电压表取量程比较大的（内阻比较大的） 电流表取内阻比较小的
滑动变阻器取阻值比较大的
电源取1-2节的旧电池（内阻较大，新电池内阻很小不易测量），小电源
像图乙所示，为了减小误差-------减小电流表的分压造成的影响-------减小电流表中的电流大小，滑动变阻器阻值越大，流过电压表两端的电压就越接近路端电压
注意：需要说明的是，因为电流表的内阻很小，非常接近于电源的内阻，所以采用乙图测量电源电动势和内阻时的误差比较大，一般不采用这种方法。都采用电流表外接——图甲
2、计算法测量电源电动势和内阻
（1）用一个电压表和两定值电阻法或电压表和电阻箱
原理：根据公式，由电压表读出路端电压，通过改变外电路阻值R，读出两组数据，联立方程求解
这种方法类似于前面的电流表外接电路图。电压表测量的是真实的路端电压，电流不是通过电流表读出，而是通过计算得到。
所以测量结果
（,）
（2）用一个电流表和两定值电阻法或电流表和电阻箱法
原理：根据公式。由电流表读数干路电流，通过改变外电路电阻R，读出两组数据，联立方程求解
这种方法类似于前面的电流表内接电路图。电流表测量的是真实的干路电流，电压不通过电压表读出，而是通过计算得到。
测量结果：
【实验目的】
1、理解测量电动势和内电阻的实验原理，会测量E和r
2、能根据原理图正确连接实物图，能正确记录实验数据，并能用图像法进行数据分析
3、能根据实验原理进行简单的误差分析，知道测量结果（真实值和测量值的关系）
4、能根据误差产生的原因，进行初步正确的器材选取
【实验原理】
如图所示。根据闭合电路欧姆定律，用电压表测出路端电压，电流表测出干路电流，通过滑动变阻器触头的调节，读出两组U、I 的值，得到方程组：
联立解得
用作图法处理数据：即在纸上以U为横坐标，I为纵坐标做出U—I图像。根据图像的物理意义求电源电动势和内阻（截距和斜率）
【实验器材】
电压表、电流表、滑动变阻器、1—2节旧的干电池（内阻较大），开关和导线
【实验步骤】
1、用电流表0.6A的量程，电压表3V的量程，根据原理图（电流表外接）连接好实物图
2、把开关置于断开、滑动变阻器的滑片置于阻值最大的位置
3、闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据（I，U）。用同样的方法测量6组数据，记录在自己设计的白纸上
4、打开开关，整理好器材
5、根据记录的数据，用计算法和作图法两种方法求出电源电动势E和内阻r
【注意事项】
1、器材选取：为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大一些（旧电池）
2、电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大。故要求每次读完后立即断开电路，等调节完滑动变阻器再闭合开关读取下一组数据
3、测量时应不少于6组I、U数据，且变化范围要大一些
4、画U—I图像时，要使尽可能多的点落在这条直线上或使各点均匀的分布在直线两侧，个别偏离太远的舍去
5、干电池内阻因为较小，U的变化也比较小，此时坐标图中数据点分布不太合理，为此可是纵坐标可以不从零开始。
6、器材选取：电压表取量程比较大的（内阻比较大）电流表取量程比较小的（内阻比较小）
滑动变阻器取阻值比较小的 电源取1-2节的旧电池（内阻较大）
【测量结果】

第九节 实验——测电源电动势和内阻
1、在测定电源电动势和内电阻的实验中，除需用导线和开关外还需要的器材是
A、电流表和电阻箱 B、电流表和滑动变阻器
C、电压表和电阻箱 D、电流表、电压表和滑动变阻器
2、用伏安法侧电池的电动势和内电阻的实验中，下列选项中错误的是（ ）
A、应选用较旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显
B、应选用内阻较小的电压表和电流表
C、移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载
D、根据实验记录的数据作U-I图像时，应通知尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀对称的分布在直线两侧
3、如图所示为闭合回路中两个不同电源的U-I图象，下列判断正确的是
A 电动势E1=E2，发生短路时的电流I1>I2
B 电动势E1=E2,内阻r1>r2
C 电动势E1=E2，内阻r1<r2
D 当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化大
4、实验室中准备了下列器材：
待测干电池（电动势约1.5V，内阻约1.0Ω） 定值电阻R3=990Ω，开关S和导线若干
电流表G（满偏电流1.5mA，内阻10Ω） 电流表A（量程0~0.60A，内阻约0.10Ω）
滑动变阻器R1（0~20Ω，2A） 滑动变阻器R2（0~100Ω，1A）
①小明同学选用上述器材（滑动变阻器只选用了一个）测定一节干电池的电动势和内阻。为了能较为准确地进行测量和操作方便，实验中选用的滑动变阻器，应是______。（填代号）
②请在方框中画出他的实验电路图。
③右下图为小明根据实验数据作出的I1-I2图线（I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数），由该图线可得：被测干电池的电动势E=__ ____V，内阻r=____ __Ω。