1、-1-4.2 测量电源的电动势和内阻-2-1.掌握实验原理、实验电路及实验方法。2.学会用图像法处理实验数据。3.知道多个电池串联、并联时其电动势和内阻的特点。-3-随身听用电池当电源,连续几个小时的播放磁带,音质就会发生明显的改变,节奏变慢,音调变低,也就是说电池不能用了;但改听收音机时,仍能正常接收,这是为什么呢?提示:播放磁带时,耗电量比较大,连续几个小时的播放,电池内阻变得比较大,导致路端电压变小,达不到播放磁带所需的供电电压,也就无法正常工作了;当改听收音机时,因为收音机的工作电流很小,虽然电池的内阻变大了,但内电压很小,路端电压仍能满足收音机的工作电压,所以收音机仍能正常收听。-4
2、-一、实验目的1.进一步熟悉电压表、电流表、滑动变阻器的使用。2.学会用伏安法测电池的电动势和内阻。3.学会利用图像处理实验数据。二、实验原理1.原理图如图所示。-5-2.原理:通过改变滑动变阻器的阻值,用电压表和电流表测出每种状态(最少两种)下的 U、I 值,列出两个方程,即可求出电动势 E 和内阻 r。即 E=U1+I1rE=U2+I2r 联立求解可得 E=I2U1-I1U2I2-I1r=U1-U2I2-I1 三、实验器材被测电池(干电池)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线等。-6-四、实验步骤1.确定电流表、电压表的量程,按电路图所示电路把器材连接好,如图所示。-7-2.把变阻器的
3、滑动片移到一端使阻值最大。3.闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显示数,记录一组电流表和电压表的示数,用同样的方法测量并记录几组 I 和 U 的值。4.断开开关,整理好器材。5.数据处理:用原理中的方法计算或从 U I 图像中找出 E 和 r。-8-一、测量数据处理方法1.代数法:运用解方程组求解 E 和 r。为了减小实验的偶然误差,应该利用 U,I 值多求几组 E 和 r 的值,算出它们的平均值。2.图像法对于 E、r 一定的电源,路端电压 U 与通过干路的电流 I,U I 图像应该是一条直线,这条直线与纵轴的交点表示电源的电动势,与横轴 I 的交点表示短路电流,图线斜率的绝对值表示电源的内
4、阻。二、注意事项1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大一些,实验中不要将 I调得过大;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。-9-2.在画 U I 图像时,要尽量使多数点落在直线上,不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去,这样可减小偶然误差,提高测量精确度。3.干电池内阻较小时 U 的变化较小,坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况,下部分大面积空间得不到利用,为此可使坐标不从零开始,如图乙所示,纵坐标不从零开始,把纵坐标的比例放大,可使结果的误差减小些。此时图线与横轴交点不表示短路电流,计算
5、内阻要在直线上任取两个相距较远的点,用 r=|UI|计算出电池的内阻 r。-10-三、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 U I 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流的偏差就越大。作图不准确会造成偶然误差。采用课本图 4 9 电路时 E 测E真,r 测 I2B.电动势 E1=E2,内阻 r1r2C.电动势 E1E2,内阻 r1 I2,所以 r1 r2。当两电源工作电流变化量相同时,由于 r1 r2,所以电源 2 中的内电压变化较大。又 E=U 外
6、+U 内,所以外电压相对应地变化也大。答案:AD-27-2 用图像法计算电动势和内电阻时,先要描点,就是在 U I 坐标系中描出与每组 I、U 值对应的点,以下说法中正确的是()。A.这些点应当准确地分布在一条直线上,即 U I 图线应通过每个点B.这些点应当基本上在一条直线上,由于偶然误差不能避免,所以 U I 图线不可能通过每一个点C.不在 U I 图线上的点应当大致均衡地分布在图线两侧D.个别偏离直线太远的点,应当舍去解析:用描点法画图像时,应使这些点基本在一条直线上,且大致均衡地分布在图线两侧,个别偏离直线太远的点是由于偶然误差造成的,应当舍去。答案:BCD-28-3 在测定电池的电动
7、势和内电阻实验的实物连接图中,如图所示,电流表和电压表的正接线柱都尚未连接,为了做这个实验,应该把()。A.电流表的正接线柱与 c 点相连B.电流表的正接线柱与 b 点相连C.电压表的正接线柱与 a 点相连D.电压表的正接线柱与 c 点相连答案:AC-29-4 如图所示,图中 E 为直流电源,R 为已知电阻,V 为理想电压表,其量程略大于电源电动势,S1 和 S2 是开关。现要利用图中电路测量电源的电动势 E 和内阻r,试写出主要实验步骤及结果的表达式。-30-解析:实验步骤:(1)将 S1 闭合,S2 断开,电压表直接和电源相连,记下电压表读数U1,就是电源的电动势;(2)S1、S2 均闭合
8、,记下电压表读数 U2,即为电阻 R 两端电压。根据闭合电路欧姆定律,有 E=U2+U2R r,即 U1=U2+U2R r,解得 r=U1-U2U2 R。答案:见解析-31-5 测量电源 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 K,导线若干。(1)在如图所示的方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 I1 时,电压表读数为 U1;当电流表读数为 I2 时,电压表读数为 U2。则可以求出 E=,r=。(用 I1、I2、U1、U2 及 R 表示)-32-解析:(1)用伏安法测量,由于电源电动势约为 4.5 V,超过了电压的量程,为了仪器的安全在干路中串联固定电阻 R,起保护作用。电路如图所示。(2)根据闭合电路欧姆定律列方程如下:E=U1+I1(R+r)E=U2+I2(R+r),解得 E=I1U2-I2U1I1-I2r=U2-U1I1-I2-R-33-答案:(1)实验电路原理图如图所示。(2)I1U2-I2U1I1-I2 U2-U1I1-I2-R-34-本课结束 谢谢观看
