4.2 科学测量：电源的电动势和内阻 学案

第2节　科学测量：电源的电动势和内阻 [学习目标] 1.能根据图像对相关问题进行分析推理； 2.能用与闭合电路相关的证据说明结论并作出解释。 [基础梳理] 一、实验目的 (1)测量电源的电动势和内阻。 (2)学习通过计算和作图分析处理实验数据。 二、实验器材 电流表、电压表、滑动变阻器、待测干电池、开关、导线等。 三、实验原理与设计 利用闭合电路欧姆定律来测量并计算与分析，电路图如图所示。通过改变滑动变阻器的阻值改变电路状态，电路中的电压、电流均发生变化，用电压表和电流表测量出U和I的两组数据，列出两个方程，E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r进而求解出电动势E和内阻r，E＝，r＝。 四、实验步骤 1.电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3 V量程，按实验原理图连接好电路。 2.把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路的阻值最大。 3.闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1，U1)。用同样的方法测量几组U、I值。 4.断开开关，整理好器材。 5.处理数据，用公式法和作图法求出电源的电动势和内阻。 五、数据分析 1.求平均值法：由E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r可解得 E＝，r＝。 可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值。 2.作U－I图像法 (1)本实验中，为了减小实验误差，一般用图像法处理实验数据，即根据多次测出的U、I值，作U－I图像； (2)将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就是电源电动势E； (3)横轴截距点(路端电压U＝0)意味着短路情况，它的数值就是短路电流I短＝； (4)图线斜率的绝对值即电源的内阻r，即r＝＝，如图所示。 六、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图线时描点不准确。 2.系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些。由E＝U＋Ir知，电动势的测量值偏小；实验测的内阻实际上是电压表与电源内阻的等效值，所以测算的内阻也偏小，即E测＜E真，r测＜r真。 七、注意事项 1.为使干电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表。 2.实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化。 3.当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，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r＝||求出。 [随堂演练] 1．如图所示，已知电源，电路中的阻值变化范围是。则调节电路中的阻值变化，电源的最大输出功率为（　　） A． B． C． D． 2．对电路进行分析时，为了方便，常常把实际电源与定值电阻串联或并联组成的系统视为一个新的等效电源来处理。例如，用伏安法测定电源的电动势E和内阻r时，当分析电流表和电压表对实验结果带来的误差时，可以将下面两个常见电路中的虚线框部分看成等效电源。如果电压表内阻为，电流表内阻为，电源电动势和内阻的测量值分别为和，则下列说法正确的是（　　） A．图甲中， B．图甲中， C．图乙中， D．图乙中， 3．在测电源的电动势和内阻时。某次实验记录数据画出U-I图象，下列关于这个图象的说法中正确的是（ ） A．纵轴截距表示待测电源的电动势，即E=3V B．横轴截距表示短路电流，即I短=0.6A C．根据，计算出待测电源内阻为5Ω D．该实验中电源的内阻为2Ω 4．在测定电源电动势和内电阻的实验中，实验室提供了合适的实验器材。某同学按如图左所示的电路图进行测量实验，其中为保护电阻，图为电压表示数与电流表示数对应关系图像，则下列说法正确的是（　　） A．滑动变阻器的滑片从最左边滑到最右边的过程中，电压表读数一直增大 B．滑动变阻器的滑片 ... ...