2018版高中物理第4章閉合電路歐姆定律和邏輯電路第3節(jié)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻學(xué)案魯科版

1、我材整理基融初探 第 3 節(jié)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 學(xué)會(huì)用伏安法測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，會(huì)使用常見(jiàn)的基本儀器. 2 學(xué)會(huì)用“代數(shù)法”和“圖象法”處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù). 二、實(shí)驗(yàn)原理 1 確定電流表、電壓表的量程，按圖連接好電路，并將滑動(dòng)變阻器的滑片移到使接入 電路的阻值為最大值的一端. 2 閉合開(kāi)關(guān) S,接通電路，將滑動(dòng)變阻器的滑片由一端向另一端移動(dòng)，從電流表有明 顯讀數(shù)開(kāi)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(kāi)開(kāi)關(guān) S,拆除電路.階段1 甚礎(chǔ)一自主學(xué)習(xí) 改變滑動(dòng)變阻器的阻值，測(cè)出至少兩組 I、U數(shù)據(jù)，代入方程 E= U+ Ir，可得到方程

2、組 E= U+ Iir, E= 12 + 丨2 解此方程組可求得電動(dòng)勢(shì) E=竿二1U I 2 I 內(nèi)阻r = U斗. I 2 I 1 三、實(shí)驗(yàn)器材 待測(cè)電池一節(jié)，電流表（00.6 A）、電壓表（03 V）各一塊，滑動(dòng)變阻器一只，開(kāi)關(guān) 只，導(dǎo)線(xiàn)若干，鉛筆，坐標(biāo)紙. 階段 圖 4-3-1 2 (1) 縱軸截距等于電源的電動(dòng)勢(shì) E,橫軸截距等于外電路短路時(shí)的電流 (2) 直線(xiàn)斜率的絕對(duì)值等于電源的內(nèi)阻 /戶(hù) (3) 若電源內(nèi)阻r = 0(理想電源)，貝U U= E Ji 三、誤差分析 1. 偶然誤差 二、數(shù)據(jù)處理 1 代數(shù)法 利用依次記錄的多組數(shù)據(jù)(一般 6 組)，分別記錄如表所示. 實(shí)驗(yàn)序號(hào) 1

3、2 3 4 5 6 I /A I 1 I 2 I 3 丨4 I 5 I 6 U 外/V U U4 Us U6 掃1 -ft 擔(dān)舉 上M r i,曰、r2, E3、3，求出它們的 平均值. Ei + E2+ E3 E=-, r 1 + r 2+3 r=十3十 作為測(cè)量結(jié)果. 3 2.圖象法 把測(cè)出的多組 U I值，在U-I圖中描點(diǎn)畫(huà)圖象，使 U-I圖象的直線(xiàn)經(jīng)過(guò)大多數(shù)坐標(biāo)點(diǎn) 或使各坐標(biāo)點(diǎn)大致分布在直線(xiàn)的兩側(cè)，如圖 由U= E- Ir可知: E I m= 一. r 分別將 1、4 組，2、5 組，3、6 組聯(lián)立方程組解出 Ei、r i,曰、 圖 4-3-3 4-3-3 所示, 3 主要來(lái)源于電壓表

4、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-1坐標(biāo)系中表示出來(lái)，如圖 4-3-4 所示，可見(jiàn) E測(cè)v E真，r測(cè)v r真.AU I 4 圖 4-3-4 四、注意事項(xiàng) 1為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，宜選用舊電池和內(nèi)阻較大的 電壓表. 2電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象較嚴(yán)重，電動(dòng)勢(shì) E會(huì)明顯下降，內(nèi)阻r會(huì)明顯增大， 故長(zhǎng)時(shí)間放電電流不宜超過(guò) 0.3 A，短時(shí)間放電電流不宜超過(guò) 0.5 A .

5、因此實(shí)驗(yàn)中不宜將 I 調(diào)得過(guò)大，讀電表的示數(shù)要快，每次讀完后應(yīng)立即斷電. 3. 當(dāng)干電池的路端電壓變化不很明顯時(shí)，作圖象時(shí)，縱軸單位可取的小一些，且縱軸 起點(diǎn)可不從零開(kāi)始.如圖 4-3-5 所示，此時(shí)圖線(xiàn)與縱軸交點(diǎn)仍為電池的電動(dòng)勢(shì) E,但圖線(xiàn)與 橫軸交點(diǎn)不再是短路電流，求內(nèi)阻時(shí)要在直線(xiàn)上取相隔較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，用 r= yU求出. 圖 4-3-5 4.為了提高測(cè)量的精確度，在實(shí)驗(yàn)中 I、U的變化范圍要大一些，計(jì)算 E、r時(shí)，U和 12、I 1和I2的差值要大一些. 5用伏安法測(cè)電動(dòng)勢(shì) E和內(nèi)電阻r時(shí)，可以設(shè)計(jì)成兩種電路. 如圖 4-3-6 所示，在實(shí)驗(yàn)中我們選擇甲圖的原因有：依據(jù)閉合電路的歐姆定律

6、E= U+ Ir，在實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)路端電壓 U和電源中的電流I，可以看出，甲圖中由于電壓表的分流作 用，使電流表測(cè)得的不是真實(shí)的電源中的電流； 乙圖中由于電流表的分壓作用， 電壓表測(cè)得 的不是真實(shí)的路端電壓. 這兩個(gè)電路都存在系統(tǒng)誤差， 由于電流表的電阻和電源的內(nèi)阻差不 多大，則乙圖測(cè)量的電源內(nèi)阻阻值和真實(shí)值相差太大. 故電流表的分壓作用不能忽略， 所以 選用甲圖電路較好. 5 6 6 儀器的選擇 (1)電流表量程的選擇：量程要大于電源允許通過(guò)的最大電流，對(duì)于電池來(lái)講允許通過(guò) 的最大電流是 0.5 A .故需要選 00.6 A. (2)電壓表量程的選擇：量程要大于電源電動(dòng)勢(shì)，對(duì)一節(jié)干電池來(lái)講，電

7、壓表量程在大 于 1.5 V 的前提下越小越好. 滑動(dòng)變阻器的選擇：滑動(dòng)變阻器的最大電阻為待測(cè)電阻的幾倍時(shí)較好，在該實(shí)驗(yàn)中 因電源內(nèi)阻比較小，故滑動(dòng)變阻器選擇較小一點(diǎn)的即可 實(shí)驗(yàn)探究 1 對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的考查 1.50 V 時(shí)，電阻箱的阻值為 15.0 Q ;電壓表示數(shù)為 2.00 V 時(shí)，電阻箱的阻值為 40.0 Q，則電源的電動(dòng)勢(shì) E= 內(nèi)阻r = 【解析】 改裝電壓表時(shí)，其內(nèi)阻值要準(zhǔn)確告知，所以排除 A、B 而選 C;再由閉合 電路歐姆定律可知 U=芝(甩+ R 串)，代入數(shù)據(jù)得R串=6 k Q . (2)電路圖如圖所示:圖 4-3-6 階段3 典例一椿析導(dǎo)悟 為測(cè)量一電源的電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻 (

8、1)下列三個(gè)電壓表中選一個(gè)改裝成量程為 9 V 的電壓表 A.量程為 1 V、內(nèi)阻大約為 1 k Q的電壓表 B.量程為 2 V、內(nèi)阻大約為 2 k Q的電壓表 C.量程為 3V、內(nèi)阻為 3 k Q的電壓表 選擇電壓表 串聯(lián) k Q的電阻可以改裝成量程為 9 V 的電壓表. 驗(yàn)原理電路圖. (3)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)原理電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讀出電壓表示數(shù)為 (2)利用一個(gè)電阻箱、一只開(kāi)關(guān)、若干導(dǎo)線(xiàn)和改裝好的電壓表 (此表用符號(hào)、或 與 一個(gè)電阻串聯(lián)來(lái)表示，且可視為理想電壓表 )，在虛線(xiàn)框內(nèi)畫(huà)出測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻的實(shí) 7 V、艮=40.0 Q 代入上式解得：E= 2.5 V、r = 10 Q . 【答案】

9、 C 6 (2)圖見(jiàn)解析 (3)2.5 10 實(shí)驗(yàn)探究 2 實(shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)處理 的內(nèi)阻分別為 0.1 Q和 1 k Q .下面分別為實(shí)驗(yàn)原理圖及所需的器件圖. 圖 4-3-7 (1) 試在實(shí)物圖中畫(huà)出連線(xiàn)，將器件按原理圖連接成實(shí)驗(yàn)電路. (2) 一位同學(xué)記錄的 6 組數(shù)據(jù)見(jiàn)表試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖中畫(huà)出 U-I圖線(xiàn)根據(jù)圖象讀 出電池的電動(dòng)勢(shì) E= _ V,根據(jù)圖象求出電池內(nèi)阻 r = _ Q . I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 UV 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 【解析】 (1)按照原理圖將實(shí)物連接如圖. 卜例 在用電流表和電壓表測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中, 所用電流表和電壓表 V、R = 15.0 Q 及 U2= 2.00 圖 4-3-8 8 (2)根據(jù)表格中U、數(shù)據(jù)，在方格紙U-I坐標(biāo)上找點(diǎn)描跡如圖，連直線(xiàn)時(shí)第四組數(shù)據(jù)(0.32 A,1.18 V)標(biāo)出的點(diǎn)應(yīng)該舍去，然后將直線(xiàn)延長(zhǎng)，