4.3 测量电源的电动势和内电阻 学案 (6)

第4讲　测量电源的电动势和内电阻 [目标定位]　1.掌握实验目的、原理、步骤.2.会用图象法处理实验数据的处理方法.3.会进行误差分析． 一、测量电源电动势和内电阻的原理 　利用闭合电路欧姆定律来测量，电路图如图1所示．通过改变滑动变阻器改变电路状态，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，进而求解出电动势E和内阻r. 图1 二、测量数据处理方法 1．代数法：按照电路图连接电路，改变滑动变阻器滑片的位置，观察电压表和电流表的示数，将对应的U、I值填入表中，并按要求完成相关计算． 2．图象法：以U为纵轴，I为横轴做出图线，图线的延长线与纵坐标的交点坐标表示电动势E；图线的斜率表示电源的内阻． 测电池电动势和内阻的实验方案有以下三种(以伏安法为例) 一、伏安法 1．实验步骤 (1)电流表用0～0.6A量程，电压表用0～3V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，用公式法和作图法这两种方法求出电池的电动势和内阻． 2．实验数据的处理 (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图象法 ①本实验中，为了减少实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据多次测出的U、I值，作U－I图象； ②将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就是电池电动势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； ④图线斜率的绝对值即电池的内阻r，即r＝＝，如图2所示． 图2 3．注意事项 (1)为使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时，作图象时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始． 如图3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． 图3 4．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，所以测的内阻也偏小，即E测＜E真，r测＜r真． 二、安阻法 由E＝IR＋Ir可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图4所示． 图4 三、伏阻法 由E＝U＋r知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图5所示． 图5 典例精析 例1　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． (1)备有如下器材 A．干电池1节　B．滑动变阻器(0～20Ω )　C．滑动变阻器(0～1kΩ )　D．电压表(0～3V)　E．电流表(0～0.6A)　F．电流表(0～3A)　G．开关、导线若干 其中滑动变阻器应选_____，电流表应选_____．(只填器材前的序号) (2)为了最大限度的减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图． (3)某同学根据实验数据画出的U－I图象如图6所示，由图象可得电池的电动势为____V，内电阻为____Ω. 图6 答案　(1)B　E　(2)见解析　(3)1.5　1.0 解析　(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因电源内阻比较 ... ...