2019-2020年高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第3节测量电源的电动势和内电阻教学案鲁科版选修3

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1、2019-2020年高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第3节测量电源的电动势和内电阻教学案鲁科版选修3一、实验目的1.用伏安法测电源的电动势和内电阻。2.学会用“代数法”和“图像法”分析处理实验数据。二、实验原理原理图如图431所示。图431改变滑动变阻器的阻值,测出两组I、U的数据,代入方程E=U+Ir,可得到方程组解此方程组可求得:电动势E=,内阻r=。三、实验器材待测电池一节、滑动变阻器、电流表(0~0.6A)、电压表(0~3V)、开关、导线、坐标纸、直尺。四、实验步骤1.确定电流表、电压表的量程,按图432所示把器材连接好。图4322.把滑动变阻器的滑片移到使阻值最

2、大的一端。3.闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,记录一组电流表和电压表的示数,用同样的方法测量并记录几组I和U的值,并填入预先设计的表格中。4.断开开关,整理好器材。五、数据处理1.代数法运用方程组求解E和r。利用所测U、I值多求几组E和r的值,最后算出它们的平均值。图4332.图像法以纵轴表示路端电压,横轴表示总电流,建立直角坐标系,将所测多组相应的U、I值进行描点,然后用平滑的曲线将各点连接起来。由U=E-Ir知,UI图像是一条斜向下的直线,如图433所示。(1)直线与纵轴的交点表示电动势E。(2)直线与横轴的交点表示短路电流I0。(3)直线斜率的绝对值等于电源的

3、内阻r=

4、k

5、=。六、误差分析1.偶然误差(1)电压表和电流表的读数误差。(2)由于导线与电池接触不好造成电池内阻不稳定产生误差。(3)作UI图线时描点、连线不准确产生误差。图4342.系统误差公式U=E-Ir中I是通过电源的电流,而本实验电路是存在系统误差的,这是由于电压表分流IV,使电流表示值I测小于电池的输出电流I真。因为I真=I测+IV,而IV=,U越大,IV越大,U趋于零时,IV也趋于零。所以它们的关系可用图434表示,由图线可看出r和E的测量值都小于真实值。r测<r真,E测<E真。七、注意事项1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,宜选用旧电池和内阻较大的

6、电压表。2.电池在大电流放电时极化现象较严重,电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,故长时间放电不宜超过0.3A,短时间放电不宜超过0.5A,因此,实验中不要将I调得过大,读电表要快,每次读完后应立即断电。3.电压表、电流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.当干电池的路端电压变化不很明显时,作图像时,纵轴单位可以取得小一些,且纵轴起点可以不从零开始。5.画UI图像时,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,个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样,就可使偶然误差得到部分抵消,从而提高精确度。[例1] 在“用电流表和电压表测定电池的电

7、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UI图像如图435所示,由图像可得电池的电动势为____________V,内电阻为____________Ω。图435[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

8、中因电源内阻比较小,故滑动变阻器选择较小一点的即可,故滑动变阻器应选B。(也可以从便于调节的角度来分析,应该选择阻值较小的滑动变阻器。)电流表的量程要大于电源允许通过的电流,对于干电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5A,故需要选择0~0.6A量程的电流表,所以电流表应选E。(2)电路图如图所示。(3)由题中UI图像可知:纵截距为1.5V,故电池的电动势为1.5V;内电阻r==Ω=1Ω。[答案] (1)B E (2)见解析图 (3)1.5 1[例2] 在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中,所用电流表和电压表的内阻分别为0.1Ω和1kΩ。图436为实验原理图及所需的器件

9、图。图436(1)试在图乙中画出连线,将器件按原理图连接成实验电路。(2)一位同学记录的6组数据见下表,试根据这些数据在如图437所示的坐标图中画出UI图像,根据图像读出电池的电动势E=____________V,根据图像求出电池的内电阻r=________Ω。实验序号123456I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05图437[解析] (1)先将电源、开关、电流表、滑动变阻器按照一定顺序连接好,再将电压表并到滑

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