1、第二章 直流电路第5节 学生实验：测量电源的电动势和内阻第二章 直流电路1.知道测量电源电动势和内阻的实验原理，进一步感受电源路端电压随电流变化的关系2熟悉实验过程，掌握实验方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法(重点)3尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的方法(难点)一、实验目的1掌握用电压表和电流表测量电动势和内阻的方法2学会用图像法求电源的电动势和内阻二、实验原理我们可以利用闭合电路欧姆定律来测量电源的电动势和内阻，在如图所示的电路中，通过改变_连入电路的电阻 R，只要测量出_组 U、I 的数据，就能根据公式 E_列出关于 E 和 r 的二元一次方程组，从而
2、解出电源的电动势 E 和内阻r.(当然，也可以测量出多组 U、I 的数据，利用_求解电源的电动势和内阻)滑动变阻器两UIr图像三、实验器材待测电池一节，电流表(00.6 A)、电压表(03 V)各一个，_一个，开关一个，导线若干，铅笔，坐标纸四、实验步骤1.明确电流表、电压表的量程，按实验电路图连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为_的一端2闭合开关 S，接通电路，将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数滑动变阻器最大值3同样的方法，依次记录多组 U、I 值4断开开关 S，_电路5利用_和_求出电动势和内阻拆除公式法图像法本实
3、验中，若只给电流表和电阻箱或只给电压表和电阻箱，如何设计电路来完成这个实验？提示：用电流表和电阻箱完成实验如图甲所示，此时用公式 EIRIr 列出关于 E、r 的二元一次方程组即可用电压表和电阻箱完成实验如图乙所示，此时用公式 EUURr 列出关于 E、r 的二元一次方程组即可 数据的处理方法1求平均值法利用依次记录的多组数据(一般 6 组)，分别记录如下表所示：实验序号123456I/AI1I2I3I4I5I6U 外/VU1U2U3U4U5U6分别将 1、4 组，2、5 组，3、6 组联立方程组分别解出 E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值 EE1E2E33，rr1r2r33
4、作为测量结果2图像法把测出的多组 U、I 值，在 UI 图中描点画图像，使 UI 图像的直线经过尽可能多的坐标点并使不在直线上的各坐标点大致均匀地分布在直线的两侧，如图所示，由 UEIr可知，图线与纵轴截距等于电动势 E，因此斜率的绝对值等于内阻 r，根据图线纵截距和斜率找出 E、rrUI EIm.采用如图所示的电路“测定电池的电动势和内阻”(1)除了选用照片中的部分器材外，_(填选项)A还需要电压表B还需要电流表C还需要学生电源D不再需要其他器材(2)测量所得数据如下：测量次数物理量123456R/1.21.00.80.60.40.2I/A0.600.700.800.891.001.20U/
5、V0.900.780.740.670.620.43用作图法求得电池的内阻 r_；(3)根据第 5 次所测得的实验数据，求得电流表内阻 RA_审题突破(1)由电路图可知此实验为伏安法测电池的电动势和内阻；(2)描点作图与数学中的作图法相同；(3)分析截距和斜率的物理意义；(4)注意坐标原点不是(0，0)解析(1)题图中已有电流表、电阻箱和干电池，还缺少电压表(2)作出 UI 图像，由图像斜率可求得 r(0.750.10).(3)由欧姆定律得：RRAUI，得 RAUI R0.22.答案(1)A(2)(0.750.10)(3)0.22 器材的选取与误差分析1实验操作中的注意事项(1)电池应选使用过一
6、段时间的半新电池，这样可以使路端电压有较大范围的变化值(2)闭合开关前，一定要把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端(3)在电流表有明显示数且稳定后，再读出电压表读数 U 和电流表读数 I.(4)一般来说电池的电动势和内阻都随着使用时间的增长而变化，实验时不要长时间通电，只是在读数时让电路接通，其他时间要断开电路(5)该实验中电流表选 00.6 A 挡，电压表选 03 V 挡2误差分析(1)偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作 UI图像时描点不准确(2)系统误差：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些U 越大，电流表的读数与总电
7、流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在UI 坐标系中表示出来，如图所示，可见 E 测E 真，r 测r 真 在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中，可供选用的器材有：A电流表(量程：00.6 A，RA1)；B电流表(量程：03 A，RA0.6)；C电压表(量程：03 V，RV5 k)；D电压表(量程：015 V，RV10 k)；E滑动变阻器(010，额定电流 1.5 A)；F滑动变阻器(02 k，额定电流 0.2 A)；G待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干(1)请在题中虚线框中画出能使本实验测量精确程度高的实验电路(2)电路中电流表应选用_，电压表应选用_，滑动变阻器应选
8、用_(用字母代号填写)(3)如图所示为实验所需器材，请按原理图连接出正确的实验电路(4)引起该实验系统误差的主要原因是_审题突破(1)电表量程的选择原则是在不超量程的前提下选小量程的；(2)选择滑动变阻器时，滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍即可；(3)实物电路连接前应先画出实验电路图；(4)实验误差分析要以真实值和测量值的差别去分析解析(1)电路如图所示由于在如图所示的电路中只要电压表的内阻 RVr，这种条件很容易实现，所以应选用该电路(2)考虑到待测电源只有一节干电池，所以电压表应选 C；放电电流又不能太大，一般不超过 0.5 A；所以电流表应选 A；变阻器不能选择太大的阻值，从允许
9、最大电流和减小实验误差来看，应选择电阻较小而额定电流较大的滑动变阻器 E，故器材应选 A、C、E.(3)如图所示注意闭合开关前，要使滑动变阻器接入电路的电阻最大，即滑片应滑到最左端(4)系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，该实验中的系统误差是由于电压表的分流作用使得电流表读数(即测量值)总是比干路中真实电流值小，造成 E 测E 真，r 测r 真答案(1)见解析图(2)A C E(3)见解析图(4)电压表的分流作用选择实验仪器的三个原则(1)安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流(2)精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在不超量程
10、的前提下，尽量选用小量程的，对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近(3)方便性原则，此原则主要针对滑动变阻器来讲，在滑动变阻器分压式接法中，在安全的前提下选最大阻值小的要方便，在滑动变阻器限流式接法中，选比待测电阻大几倍的要方便 仪器的选择、电路的连接和实验原理的综合应用(10 分)用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约 4.5 V，内电阻约 1)的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：A电流表：量程 0.6 A，内电阻约 1 B电流表：量程 3 A，内电阻约 0.2 C电压表：量程 3 V，内电阻约 30 kD电压表：量程 6 V，内电阻约 60
11、 kE滑动变阻器：01 000，额定电流 0.5 AF滑动变阻器：020，额定电流 2 A(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_，电压表应选用_，滑动变阻器应选用_(均填仪器的字母代号)(2)下图为正确选择仪器后，连好的部分电路为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将_和_相连、_和_相连、_和_相连(均填仪器上接线柱的字母代号)(3)实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验实验中读出几组电阻箱的阻值 R 和对应电压表的示数 U.用图像法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线，则可以_为纵坐标，以_
12、为横坐标审题突破 估算法确定电表的量程，一是估计电源两端能出现的最大电压，来确定电压表的量程，二是估计电路中能通过的最小电流，只要最小电流不超量程即可，因为实验中电路上尽可能使用最小的电流解析(1)为了使测量更准确，电流表选量程为 0.6 A 的电流表 A，电池组的电动势约 4.5 V，故电压表选 D，为了便于调节滑动变阻器应选 F.(2)为了使测量误差尽可能小，测量电源电动势和内电阻的原理图如图甲所示，因此将 a、d 相连，c、g 相连，f、h 相连甲 乙(3)用电阻箱和电压表测量电源电动势和内电阻的实验原理图如图乙所示，根据闭合电路欧姆定律，得 EUURr，所以1U1E rE 1R(或 UEURr 或RU rE 1ER)，因此可作出 1U 1R或UUR或RUR 图像处理数据答案(1)A D F(均为 1 分每空)(2)a d c g f h(均为 0.5 分每空)(3)1U 1R(或 U UR或RU R)(横纵坐标互换亦可)(均为 2 分每空)实验图连线技巧(1)先画出电路图，这是连接实物图的依据(2)先连接干路，再连接支路，遵循“先串后并”的原则(3)注意电源的正负极，电表的正负接线柱，电表量程的选择以及滑动变阻器接线柱的合理选用(4)注意连线不能交叉，开关要能够控制电路 本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放