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2019-2020年高中物理选修(3-1)
4.2《《测定电源电动势和内阻》word学案【预习学案】1.现在有一个干电池,要想测出其电动势和内电阻,你需要什么仪器,采用什么样的电路图,原理是什么?2.根据闭合电路的欧姆定律,路端电压U=E-Ir.若测出两组(I、U)的值,写出电源电动势和内阻的表达式
3.图像法处理数据的优点是什么?如何应用I、U图线求电源电动势和内阻?【新课学案】【实验目的】测定电池的电动势和内电阻【实验原理】由闭合电路的欧姆定律E=U+Ir知,路端电压U=E—Ir,对给定的电源,E、r为常量,因此路端电压U是电流I的一次函数将电池、电流表、电压表,可变电阻连接成如图7-1所示的电路,改变可变电阻R的阻值,可以测得多组I、U值将它们描在U—I坐标中,图线应该是一条直线显然,直线在U坐标上的截距值就是电池电动势,直线斜率的绝对值就是电池的内阻的大小上述用作图的方法得出实验结果的方法,具有直观、简便的优点【步骤规范】实验步骤操作规范一.连接实验电路1.将电流表、电压表机械调零2.布列实验器材,接图连接实验电路1.若表针不在零位,用螺丝刀旋动机械调零螺钉,使其正对2.⑴实验器材应放置在合适的位置,应使电键、滑动变阻器便于操作;电表刻度盘应正对实验者⑵电键接入电路前,处于断开位置;闭合电键前,滑动变阻器阻值置于最大;导线连接无“丁”字形接线⑶电流表量程
0.6A,电压表量程3V二.读取I、U数据1.调节滑动变阻器的阻值,闭合电键,读取一组电流表和电压表的读数2.改变滑动变阻器的阻值,闭合电键,读取电流表和电压表读数,共测8-10组1.⑴滑动变阻器的阻值由大到小变化,使电路中电流从小到大平稳地改变,适时地读取I、U读数⑵电流表和电压表读数正确,有估读⑶必要时要及时改变电表量程2.每次实验后,都要及时断开电源三.拆除电路,仪器复原【注意事项】1.使用内阻大些(用过一段时间)的干电池,在实验中不要将I调得过大,每次读完U、I读数立即断电,以免于电池在大电流放电时极化现象过重,E、r明显变化.2.在画U-I图线时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧,而不要顾及个别离开较远的点以减少偶然误差.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3甲所示的状况,下部大面积空间得不到利用,为此可使坐标不从零开始,如图3乙所示,把坐标的比例放大,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.计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点,用r=|ΔU/ΔI|计算出电池的内阻r.4.实验误差的来源与分析
(1)每次读完电表示数没有立即断电,造成E、r变化;
(2)测量电路存在系统误差,I真=I测十Iv,未考虑电压表分流.【典型例题】【例1】测量电源电动势和内电阻的器材如图A所示,请用实线表示导线,将图A中器材连成实验用电路实验时经测量得出的数据如下表,请在下图B的方格纸上画出U—I图线利用图线可求出电源电动势E=,内电阻r=123456I/A
0.
120.
200.
310.
320.
500.57U/V
1.
371.
321.
241.
181.
101.05答案.E=
1.44~
1.46Vr=
0.68~
0.72Ω图略【例2】利用伏安法测量干电池的电动势和内阻,现有的器材为干电池电动势约为
1.5V,符号电压表量程1V,内阻
998.3Ω,符号电流表量程1A,符号滑动变阻器最大阻值10Ω,符号电阻箱最大阻值
99999.9Ω,符号单刀单掷开关1个,符号导线若干
①设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内,要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负
②为了满足本实验要求并保证实验的精确度,电压表量程应扩大为原量程的倍,电阻箱的阻值应为Ω答案
①②2;
998.3【例3】用电流表和电压表测电源的电动势和内电阻
(1)在下面方框中完成所需电路
(2)右图所示是根据两个电源的测量数据绘制的图线由图可知图线与电压U轴的交点表示;电源Ⅰ的内电阻电源Ⅱ的内电阻(填“大于、小于或等于”)
(3)图中两直线Ⅰ、Ⅱ的交点表示两个电路中相等答案
(1)(2分)见图
(2)电源的电动势;小于(2分)
(3)外电压、电路中电流强度、外电路消耗的电功率和外电路电阻(只要写出2个)【练习学案】
1.用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r,所用的电路如左下图所示,一位同学测得的五组数据如表中所示.I/A
0.
120.
200.
310.
320.50U/V
1.
371.
321.
241.
181.10
(1)试根据这些数据在右上图中作U—I图线.
(2)根据图线得出电池的电动势E=_______V,根据图线得出的电池内阻r=_______Ω.
(3)若不作出图线,只选用其中两组U和I的数据,可利用公式E=U1+I1r和E=U2+I2r算出E和r,这样做可能得出误差较大的数值,选用第_______组和第_______组的数据,求得E和r误差最大?
2.在做“测定电池电动势和内电阻”的实验时,有位同学按图甲所示电路进行连接,他共用6根导线,即aa′、bb′、cc′、dd′、b′e及df,由于混进了一根内部断开的导线,所以当他按下开关K后,发现两个电表的指针都不偏转.他用多用电表电压档测量ab′间电压,读数约为
1.5V(已知电池电动势约为
1.5V.为了确定哪一根导线的内部是断开的,可以再用多用电表的电压档测量_______两点间的电压,如果约为
1.5V,则一定是_______导线断开;如果是_______V,则一定是_______导线断开.另一同学按图甲把线路连接正确后,通过改变滑动变阻器接触点的位置测出了几组U、I的值,图乙是根据6组数据在U—I图上画出的点和相应的U—I图线.根据这一图线,可求出电池的电动势E=_______V,内电阻r=_______Ω,如果他不利用这一图线,而是只利用任意两组U、I数据,那么当他选择_______、_______两组时,求出的E、r值误差最大.参考答案
1.解析
(1)U—I图线如下图所示,作图线时应把个别误差较大的点舍弃.2由直线与纵轴的交点可读出电池的电动势E=
1.46V,再读出图线与横轴的交点坐标(
1.00V
0.62A,据闭合电路的欧姆定律E=U+Ir得r===
0.74Ω.故E=
1.46Vr=
0.74Ω.
(3)选用第3组和第4组数据求得的E和r误差最大.不需要利用所给的5组数据分别进行计算,利用所作的图线可以看出,选用这两组数据求E和r,相当于过图中3和4两点作一条直线,利用此直线求出E和r,而此直线与所画的直线偏离最大,实际上,第四组数据不合理,已经排除.选用第3组和第4组数据,求得E和r误差最大.
2.aa′aa′0bb′
1.
450.9545AVRSEr-
0.6A3A-3V15VVAVAErSOI/AU/VⅠⅡAV。