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1、5.学生实验:测量电源的电动势和内阻1.知道伏安法测电源电动势和内阻的实验原理.2.学会用图像处理数据.3.会分析伏安法测电源电动势和内阻的实验误差.一、实验器材待测电池一节,电流表(0~0.6A)、电压表(0~3V)各一个,滑动变阻器一个,开关一个,导线若干,铅笔,坐标纸.二、实验原理电源的电动势和内阻我们可以利用闭合电路欧姆定律来测量,在如图所示的电路中,通过改变滑动变阻器连入电路的电阻R,只要测量出两组U、I的数据,就能根据公式E=U+Ir列出关于E和r的二元一次方程组,从而解出电源的电动势E和内阻r.(当然,也可
2、以测量出多组U、I的数据,利用图像求解电源的电动势和内阻)三、实验步骤1.确定电流表、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最大值的一端.2.闭合开关S,接通电路,将滑动变阻器的滑片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.3.同样的方法,依次记录多组U、I值.4.断开开关S,拆除电路.5.利用公式法或图像法求出电动势和内阻.本实验中,为使路端电压随电流变化明显,选用新电池好还是旧电池好?提示:旧电池好.探究一探究二探究三实验注意事项1.正确选用电压
3、表和电流表的量程,并注意正确连接表上的“+”“-”接线柱.2.实验前必须把滑动变阻器的滑片置于阻值最大的位置,以防止烧坏电流表.3.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些.4.由于干电池在大电流放电时极化现象严重,电动势会明显下降,内阻r会明显增大,故实验中不能将电流调得过大(长时间放电不宜超过0.3A,短时间放电不宜超过0.5A),且读数要快,读完后立即切断电源.5.实验中U取值不能太小,一般不得小于1V,测得的U、I值不少于6组,且变化范围要大一些,解方程组求解E、r值时,取1、4组,2、5组,3、6组求解后
4、,求平均值.探究一探究二探究三6.画U-I图线时,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两侧.如果出现某组数据对应的点偏离直线较远,就表明这组数据的偶然误差较大,可将该点舍去.7.如果干电池的路端电压变化不很明显,作图像时,纵轴单位可取得小一些,且纵轴起点可不从零开始.如图所示,此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E,但图线与横探究一探究二探究三数据处理方法依据正确实验步骤测得的数据,可以用以下两种方法处理,来求得电动势E和内阻r.1.公式法利用测得的U、I值,用E=U+Ir求电源的电动势E和内阻r.探究一
5、探究二探究三2.图像法把测出的多组U、I值,在U-I图中描点画图像,使U-I图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧,如图所示,由U=E-Ir可知(1)纵轴截距等于电源的电动势E.横轴截距等于外电路短路时的(3)若电源内阻r=0(理想电源),则U=E.探究一探究二探究三实验误差分析1.电流表相对于待测电阻(电源内阻)外接探究一探究二探究三(1)由于电压表分流IV,使电流表示数I小于电池的输出电流I真.I真(2)对此也可由电路来解释:若把图甲中的R和电流表看成外电路,则电压表可看成内电路的一部分,故实测出
6、的是电池和电压表这个整体等效的r和E.电压表和电池并联,故等效内阻r小于电池内阻r真,r测7、的电流,所以在流过电流相同的情况下,U测r真.探究一探究二探究三(2)对此也可由电路来解释,若把图甲中的RA看成内电阻的一部分,故实测的是电池和电流表这个整体的等效电动势E'和内阻r',r测=r'=r真+RA>r真,由电动势等于外电路断路时的路端电压可知,把电路从A、B处断开,E测=UAB=E真,所以两图线交于纵轴上的同一点,即电池的电动势处.综上所述,任一种电路都存在系统误差,因电源内阻较小,不能采用电流表内接的测量电路,因此要选用电流表外接的测量电
8、路.另外实验还有因电压表、电流表的读数以及作U-I图线时描点不准确造成的偶然误差.【例题1】用如图甲所示电路测一节干电池的电动势E和内阻r,所给器材如下:A.电压表V:0~3VB.电流表A1:0~0.6AC.电流表A2:0~3AD.滑动变阻器R(最大阻值20Ω)E.开关S和导线若干(1)若要尽量减小读数误差,则电流表
