实验十 测定电源电动势和内阻

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1、实验十测定电源电动势和内阻【学习目标】1．进一步熟练电压表、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．学会利用图象处理实验数据．【基础知识精讲】1．实验原理本实验的原理是闭合电路欧姆定律．具体方法为：(1)利用实验图10-1所示电路，改变滑动变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组U、I值，由U＝E－Ir，可得：，，解之得：(2)利用如实验图10-1所示的电路，通过改变R的阻值，多测几组U、I的值(至少测出6组)，并且变化范围昼大些，然后用描点法在U－I图象中描点作图，由图象纵截距找出E，由图象斜率找出内电阻，如实验图10-2所示．说明：①由于电源内

2、阻r很小，故电流表对电源而言要外接，不然的话，，内阻测量的误差太大．②由于偶数误差的存在，方法(1)的结果可能存在较大的误差，因此在实验中采取方法(2)处理数据．2．实验器材电流表、电压表、变阻器、开关、导线及被测干电池．3．实验步骤(1)恰当选择实验器材，照图连好实验仪器，使开关处于断开状态且滑动变阻器的滑动触头滑到使接入电阻值最大的一端．(2)闭合开关S，接通电路，记下此时电压表和电流表的示数．(3)将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动至某位置，记下此时电压表和电流表的示数．(4)继续移动滑动变阻器的滑动触头至其他几个不同位置，记下各位置对应的电压表和电流表的示数．(

3、5)断开开关S，拆除电路．(6)在坐标纸上以U为纵轴，以I为横轴，作出U—I图象，利用图象求出E、r．4．数据处理的方法(1)本实验中，为了减小实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据各次测出的U、I值，做U－I图象，所得图线延长线与U轴的交点即为电动势E，图线斜率的值即为电源的内阻r，即．如实验图10-2所示．(2)应注意当电池内阻较小时，U的变化较小，图象中描出的点呈现如实验图10-3(甲)所示状态，下面大面积空间得不到利用，所描得的点及做出的图线误差较大．为此，可使纵轴不从零开始，如实验图10-3(乙)所示，把纵坐标比例放大，可使结果误差小些．此时，图线与纵轴的交点仍

4、代表电源的电动势，但图线与横轴的交点不再代表短路状态，计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点，由它们的坐标值计算出斜率的绝对值，即为内阻r．5．实验误差分析(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图象时描点不很准确．(2)系统误差：系统误差来源于未计电压表分流，近似地将电流表的示数看作干路电流．实际上电流表的示数比干路电流略小．如果由实验得到的数据作出实验图10-4中实线(a)所示的图象，那么考虑到电压表的分流后，得到的U－I图象应是实验图10-4中的虚线(b)，由此可见，按实验图10-4所示的实验电路测出的电源电动势，电源内电阻．说明：①外电路短路时，实验

5、图10-1所示的实验电路中，电流表的示数(即干路电流的测量值)等于干路电流的真实值，所以实验图10-4中(a)、(b)两图线交于短路电流处．②当路端电压(即电压表示数)为时，由于电流表示数小于干路电流，所以(a)、(b)两图线出现了实验图10-4所示的差异．6．注意事项(1)电流表要与变阻器靠近，即电压表直接测量电源的路端电压．(2)选用内阻适当大一些的电压表．(3)两表应选择合适的量程，使测量时偏转角大些，以减小读数时的相对误差．(4)尽量多测几组U、I数据(一般不少于6组)，且数据变化范围要大些．(5)做U—I图象时，让尽可能多的点落在直线上，不落在直线上的点均匀分布在直

6、线两侧．7．实验仪器的选择本实验的系统误差来源于未计电压表的分流．为减小该误差，需要减小电压表的分流．减小电压表分流的方法有二方面，一是选取阻值范围小的滑动变阻器，二是在满足量程要求的前提下选取内阻较大的电压表．由于选用了阻值范围小的滑动变阻器，所以电路中电流较大，因而，还需要滑动变阻器的额定电流较大．综上所述，本实验中滑动变阻器的选择原则是：阻值范围较小而额定电流较大；电压表的选择原则是：在满足量程要求的前提下选取内阻较大的；电流表的选择需根据电源电动势和选用的滑动变阻器来确定．8．测定电源电动势E和内阻r的其他方法(1)用电阻箱、电流表测定①实验电路如实验图10-5所示．

7、②实验原理：改变电阻箱的阻值．记录R与I，应用，求出E、r．为了准确，可多测几组数据．求E与r各自的平均值．(2)用电阻箱、电压表测定①实验电路如实验图10-6所示．②实验原理：改变电阻箱的阻值，记录R与U，应用，求出E、r．多测几组数据分别求出几组E、r的值，再利用平均法求出E、r，即为测量值．【经典例题精讲】例1(1995·上海高考)某同学用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围0～20Ω，连接电路的实物图如实验图10-7所示．(1)指出该同学接线中错误的和不规范的做法是：