高中物理 第二章 直流電路 5學(xué)生實(shí)驗(yàn) 測量電源的電動勢和內(nèi)阻課件 教科版選修31

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1、5 5 學(xué)生實(shí)驗(yàn)：學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測量電源的電動勢和內(nèi)阻測量電源的電動勢和內(nèi)阻思考電源的電動勢思考電源的電動勢和內(nèi)阻是如何測量和內(nèi)阻是如何測量的？還有其他的方的？還有其他的方法么？法么？1.1.理解閉合電路歐姆定律內(nèi)容理解閉合電路歐姆定律內(nèi)容. .2.2.理解測定電源的電動勢和內(nèi)阻的基本原理，體驗(yàn)測理解測定電源的電動勢和內(nèi)阻的基本原理，體驗(yàn)測定電源的電動勢和內(nèi)阻的探究過程定電源的電動勢和內(nèi)阻的探究過程. .3.3.用解析法和圖像法求解電動勢和內(nèi)阻用解析法和圖像法求解電動勢和內(nèi)阻. .（重點(diǎn)）（重點(diǎn)）一、實(shí)驗(yàn)原理一、實(shí)驗(yàn)原理閉合電路歐姆定律閉合電路歐姆定律E=U+IrE=U+Ir求出求出E E、r r

2、即利用電壓表、電流表測出即利用電壓表、電流表測出U U、I I，兩組數(shù)據(jù)，兩組數(shù)據(jù)11EUI r22EUI rA AV V甲甲測電壓測電壓U U要使用電壓表，測電流要使用電壓表，測電流I I要使用電流表，改變要使用電流表，改變電流、電壓需要滑動變阻器，因此該實(shí)驗(yàn)所需器材為：電流、電壓需要滑動變阻器，因此該實(shí)驗(yàn)所需器材為：被測電源被測電源E E、電壓表、電壓表 、電流表、電流表 、滑動變阻器、滑動變阻器R R、開關(guān)開關(guān)S S、導(dǎo)線若干、導(dǎo)線若干. .二、實(shí)驗(yàn)電路及器材二、實(shí)驗(yàn)電路及器材1.1.確定電流表和電壓表的量程，按圖示電路把器確定電流表和電壓表的量程，按圖示電路把器材連好材連好. .2.2

3、.把滑動變阻器的滑片移到一端使其接入電路中把滑動變阻器的滑片移到一端使其接入電路中的阻值最大的阻值最大. .AVS甲R R 三、實(shí)驗(yàn)步驟三、實(shí)驗(yàn)步驟3.3.閉合電鍵，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯閉合電鍵，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯讀數(shù)，記錄一組電流、電壓值，用同樣的方法測讀數(shù)，記錄一組電流、電壓值，用同樣的方法測量并記錄幾組量并記錄幾組U U、I I值值. .4.4.斷開電鍵，整理好器材斷開電鍵，整理好器材1 12 23 34 45 5電壓表示數(shù)電壓表示數(shù)U/VU/V電流表示數(shù)電流表示數(shù)I I/A/A將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表格：將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表格：方法一：公式法方法一：公式法改變改變R R的阻值

4、，從電流表和電壓表中讀取兩組的阻值，從電流表和電壓表中讀取兩組I I、U U的的值，代入方程組聯(lián)立求解，多測量幾次值，代入方程組聯(lián)立求解，多測量幾次I I、U U的值，的值，算出算出E E、r r取平均值取平均值. . 1122EUI rEUI r1221122112I UI UEIIUUrII四、數(shù)據(jù)處理四、數(shù)據(jù)處理E E方法二：圖像法方法二：圖像法在坐標(biāo)紙上以在坐標(biāo)紙上以I I為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，U U為縱坐標(biāo)，用測出的幾組為縱坐標(biāo)，用測出的幾組U U，I I值畫出值畫出U-IU-I圖像圖像所得直線跟縱軸的交點(diǎn)即為所得直線跟縱軸的交點(diǎn)即為電動勢電動勢E E的值，圖線的斜率的值，圖線的斜率的

5、絕對值即為內(nèi)阻的值的絕對值即為內(nèi)阻的值. .UrkI五、注意事項(xiàng)五、注意事項(xiàng)（1 1）測干電池的電動勢和內(nèi)阻，應(yīng)選用舊電池）測干電池的電動勢和內(nèi)阻，應(yīng)選用舊電池. .舊電池的內(nèi)阻較大，以使電壓表示數(shù)變化明顯舊電池的內(nèi)阻較大，以使電壓表示數(shù)變化明顯. .（2 2）干電池在大電流放電時(shí)，極化現(xiàn)象嚴(yán)重，）干電池在大電流放電時(shí)，極化現(xiàn)象嚴(yán)重，電動勢電動勢E E會明顯下降，會明顯下降，r r會明顯增大會明顯增大. .因此，實(shí)驗(yàn)因此，實(shí)驗(yàn)中不要將中不要將R R調(diào)得過小，讀電表示數(shù)時(shí)要快，每次調(diào)得過小，讀電表示數(shù)時(shí)要快，每次讀完應(yīng)立即斷電讀完應(yīng)立即斷電. .（3 3）要測出不少于）要測出不少于6 6組組I

6、I、U U數(shù)據(jù)，且變化范圍要數(shù)據(jù)，且變化范圍要大一些大一些. .（4 4）畫）畫U-IU-I圖線時(shí)，應(yīng)使圖線通過盡可能多的點(diǎn)，圖線時(shí)，應(yīng)使圖線通過盡可能多的點(diǎn)，并使不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)并使不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去. .（5 5）畫）畫U-IU-I圖線時(shí)，縱軸的刻度可以圖線時(shí)，縱軸的刻度可以不從零開始，不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)?shù)闹甸_始（但橫坐而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)?shù)闹甸_始（但橫坐標(biāo)必須從標(biāo)必須從0 0開始開始) )，但這時(shí)圖線與橫軸的交點(diǎn)不再是，但這時(shí)圖線與橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流，而圖線與縱軸

7、的截距仍為電動勢短路電流，而圖線與縱軸的截距仍為電動勢E E，圖，圖線的斜率的絕對值仍為內(nèi)阻線的斜率的絕對值仍為內(nèi)阻r r. .六、電路選擇及誤差分析六、電路選擇及誤差分析誤差來源于電壓表的分流作用誤差來源于電壓表的分流作用RASV虛線框內(nèi)部相當(dāng)于內(nèi)電路虛線框內(nèi)部相當(dāng)于內(nèi)電路. .虛線框外為外電路虛線框外為外電路甲甲理論上：理論上：E=U+(IE=U+(Iv v+I+IA A)r)r, ,其中其中U U是電源兩端的電壓，是電源兩端的電壓，是準(zhǔn)確的，而實(shí)驗(yàn)中忽略了通過電壓表的電流是準(zhǔn)確的，而實(shí)驗(yàn)中忽略了通過電壓表的電流I IV V而形成誤差而形成誤差. .從電路的角度看，電壓表應(yīng)從電路的角度看，

8、電壓表應(yīng)看成內(nèi)電路的一部分，故實(shí)看成內(nèi)電路的一部分，故實(shí)際測出的是電池和電壓表整際測出的是電池和電壓表整體的電動勢和內(nèi)阻，因?yàn)殡婓w的電動勢和內(nèi)阻，因?yàn)殡妷罕砗碗姵夭⒙?lián)，所以壓表和電池并聯(lián)，所以E E測測E E真真，r r測測r r真真I IV VE E測測0 0I/AI/AU/VU/VE E真真AVSR誤差來源于電流表的分壓作用誤差來源于電流表的分壓作用 ArrRr測EE測AVS乙R虛線框內(nèi)相當(dāng)于內(nèi)電路虛線框內(nèi)相當(dāng)于內(nèi)電路.虛線框外為外電路虛線框外為外電路abE=U+IrE=U+IrE=U+IrE=U+Ir內(nèi)內(nèi)+Ir+IrA A測出的電壓測出的電壓U U不是真實(shí)的外電壓，不是真實(shí)的外電壓，U

9、U外外=U+Ir=U+IrA A，電流，電流I I是真實(shí)值是真實(shí)值. .測出的內(nèi)阻為電池和電流表電阻之和，故測出的內(nèi)阻為電池和電流表電阻之和，故r r測測大于大于r r真真，外電路斷開時(shí)，外電路斷開時(shí)，a.ba.b兩點(diǎn)間的電壓等于電兩點(diǎn)間的電壓等于電源的電動勢故源的電動勢故E E測測=E=E真真分析：分析：實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)用圖像表示用圖像表示1U.2U.測測EIU1AU2AU1I2IO在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，由于在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，由于R RV V很大，而很大，而r rA A和和r r內(nèi)內(nèi)相差不多，相差不多，故甲電路圖誤差較小，乙電路圖內(nèi)阻測量誤差故甲電路圖誤差較小，乙電路圖內(nèi)阻測量誤差較大，所以我們選電流表內(nèi)接法，

10、即如甲電路較大，所以我們選電流表內(nèi)接法，即如甲電路圖所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)圖所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn). .甲ASV測電源電動勢和內(nèi)阻還測電源電動勢和內(nèi)阻還有沒有其他方法呢？有沒有其他方法呢？七、測電源電動勢和內(nèi)阻的其他方法七、測電源電動勢和內(nèi)阻的其他方法情景情景1.1.實(shí)驗(yàn)中除了待測電池和電鍵導(dǎo)線外，只有電實(shí)驗(yàn)中除了待測電池和電鍵導(dǎo)線外，只有電阻箱和電流表，如何測定電源的電動勢和內(nèi)電阻？阻箱和電流表，如何測定電源的電動勢和內(nèi)電阻？（1 1）電路如圖所示：）電路如圖所示：AR R（2 2）主要步驟）主要步驟改變電阻箱阻值改變電阻箱阻值R R，測出對應(yīng)的電流，測出對應(yīng)的電流I I由由E=IE=I1 1R R

11、1 1+I+I1 1r r， E=IE=I2 2R R2 2+I+I2 2r r 得：得： 122112I I (RR )EII1 12 2-2 21 11 12 2I II IR RI IR RI Ir r-=若能測出多組若能測出多組I I、R R值，以值，以R R為縱坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)， 為橫坐標(biāo)，作出為橫坐標(biāo)，作出 圖像，圖像，由于由于 ，可知這條圖線是直線，可知這條圖線是直線，直線在縱軸的截距為直線在縱軸的截距為-r-r，直線的斜率，直線的斜率E=tanE=tan. .1I1RIERrIR-r01I）情景情景2.2.實(shí)驗(yàn)中除了待測電源和電鍵導(dǎo)線外，只有電阻箱和實(shí)驗(yàn)中除了待測電源和電鍵導(dǎo)線外

12、，只有電阻箱和電壓表，該如何測呢？電壓表，該如何測呢？ （1 1）電路如圖所示：）電路如圖所示：V（2 2）主要步驟）主要步驟 改變電阻箱阻值改變電阻箱阻值R R，測出對應(yīng)的電壓，測出對應(yīng)的電壓U U 求出電源的電動勢和內(nèi)阻求出電源的電動勢和內(nèi)阻111UE = U +rR222UE = U +rR例例1.1.在用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，下在用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，下列注意事項(xiàng)中錯(cuò)誤的是列注意事項(xiàng)中錯(cuò)誤的是 ( )( )A A應(yīng)選用舊的干電池作為被測電源，以使電壓表示數(shù)應(yīng)選用舊的干電池作為被測電源，以使電壓表示數(shù)的變化比較明顯的變化比較明顯B B應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電壓

13、表和電流表應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電壓表和電流表C C移動滑動變阻器的觸頭時(shí)，不能使滑動變阻器短路移動滑動變阻器的觸頭時(shí)，不能使滑動變阻器短路造成電流表過載造成電流表過載D D根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)作根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)作U-IU-I圖像時(shí)，應(yīng)通過盡可能多圖像時(shí)，應(yīng)通過盡可能多的點(diǎn)畫一條直線，并使不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在的點(diǎn)畫一條直線，并使不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)直線兩側(cè)B B例例2.2.測量電源測量電源B B的電動勢的電動勢E E及電阻及電阻r r（E E約為約為4.5V4.5V，r r約為約為1.51.5）器材：量程器材：量程3V3V的理想電壓表、量程的理想電壓表、量程0.5A0.5A的

14、電流表（具有一定內(nèi)阻）、固定電阻的電流表（具有一定內(nèi)阻）、固定電阻R=4R=4、電鍵電鍵K K、滑動變阻器、滑動變阻器RR、導(dǎo)線若干、導(dǎo)線若干要求：（要求：（1 1）畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖（圖中各元件需）畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖（圖中各元件需用題目中給出的符號或字母標(biāo)出）用題目中給出的符號或字母標(biāo)出）（2 2）實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電流表讀數(shù)為）實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電流表讀數(shù)為I I1 1時(shí)，電壓表讀數(shù)時(shí)，電壓表讀數(shù)為為U U1 1，當(dāng)電流表讀數(shù)為，當(dāng)電流表讀數(shù)為I I2 2時(shí)，電壓表讀數(shù)為時(shí)，電壓表讀數(shù)為U U2 2，則，則可以求出可以求出E=_r=_E=_r=_（用（用I I1 1、I I2 2、U U1 1、U U2

15、2及及R R表示）表示）A AV VK KB B R RRR2112UUrRII122112I UI UEII解解: :（1 1）電路如圖所示：）電路如圖所示：（2 2）E=UE=U1 1+I+I1 1(R+r)(R+r)E=UE=U2 2+I+I2 2(R+r)(R+r) 聯(lián)立解得聯(lián)立解得1.1.測電源電動勢和內(nèi)阻的原理是閉合電路歐姆定律，測電源電動勢和內(nèi)阻的原理是閉合電路歐姆定律，可用電壓表測量外電壓，電流表測流過電源的電流，可用電壓表測量外電壓，電流表測流過電源的電流，用滑動變阻器來改變電壓和電流的數(shù)值用滑動變阻器來改變電壓和電流的數(shù)值. .2.2.由于電壓表的分流和電流表的分壓給實(shí)驗(yàn)帶

16、來了由于電壓表的分流和電流表的分壓給實(shí)驗(yàn)帶來了誤差，為了減小誤差，我們采用安培表內(nèi)接法誤差，為了減小誤差，我們采用安培表內(nèi)接法. .電路如圖所示：電路如圖所示：ASV3.3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以用解方程組的方法來處理，也可以實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以用解方程組的方法來處理，也可以用圖像法用圖像法. .用圖像法處理時(shí)，由于電池的內(nèi)阻較小，用圖像法處理時(shí)，由于電池的內(nèi)阻較小，路端電壓路端電壓U U的變化不大，畫的變化不大，畫U-IU-I圖像時(shí)，縱軸可以不圖像時(shí)，縱軸可以不從從0 0開始，這時(shí)圖線和縱軸的交點(diǎn)仍為電源電動勢，開始，這時(shí)圖線和縱軸的交點(diǎn)仍為電源電動勢，但和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流但和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流

17、. .4.4.安阻法、伏阻法也是求電源電動勢和內(nèi)阻的常用安阻法、伏阻法也是求電源電動勢和內(nèi)阻的常用方法方法. .1.1.某學(xué)生用安培表和伏特表測干電池的電動勢和內(nèi)阻某學(xué)生用安培表和伏特表測干電池的電動勢和內(nèi)阻時(shí)，所用滑動變阻器的取值范圍為時(shí)，所用滑動變阻器的取值范圍為0 02020，連線電，連線電路的實(shí)物圖如圖所示路的實(shí)物圖如圖所示. .（1 1）該學(xué)生接線中錯(cuò)誤的和不規(guī)范的做法是（）該學(xué)生接線中錯(cuò)誤的和不規(guī)范的做法是（ ）A.A.滑動變阻器不起變阻作用滑動變阻器不起變阻作用B.B.安培表接線有錯(cuò)安培表接線有錯(cuò)C.C.伏特表量程選用不當(dāng)伏特表量程選用不當(dāng)D.D.伏特表接線有錯(cuò)伏特表接線有錯(cuò) A

18、BDABD(2)(2)在方框里畫出這個(gè)實(shí)驗(yàn)正確電路圖在方框里畫出這個(gè)實(shí)驗(yàn)正確電路圖. .2.2.在測一節(jié)干電池（電動勢約為在測一節(jié)干電池（電動勢約為1.5V1.5V，內(nèi)阻約為，內(nèi)阻約為22）的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，變阻器和電壓表）的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，變阻器和電壓表各有兩個(gè)供選：各有兩個(gè)供選：A A電壓表量程為電壓表量程為15V15V，B B電壓表量程電壓表量程為為3V3V，A A變阻器為（變阻器為（2020，3A3A），），B B變阻器為變阻器為（500500，0.2A0.2A）電壓表應(yīng)該選）電壓表應(yīng)該選_（選填（選填“A”A”或或“B”B”），這是因?yàn)椋?，這是因?yàn)?. .變阻變阻器應(yīng)該選

19、器應(yīng)該選 （選填（選填“A”A”或或“B”B”），這是因），這是因?yàn)闉?_ _ . . 解析解析: :電動勢為電動勢為1.5V1.5V，而，而A A電壓表量程為電壓表量程為15 V15 V，若，若用用A A則很難精確讀數(shù)，誤差太大則很難精確讀數(shù)，誤差太大.B.B變阻器電阻太大變阻器電阻太大而額定電流過小，調(diào)節(jié)不方便而額定電流過小，調(diào)節(jié)不方便. .答案：答案：B AB A電壓表量程過大，讀數(shù)誤差較大電壓表量程過大，讀數(shù)誤差較大 A A B B變阻器額定電流過小，調(diào)節(jié)不方便變阻器額定電流過小，調(diào)節(jié)不方便3. 3. 如圖是測量電源電動勢和內(nèi)電阻的電路，關(guān)于誤差的說法如圖是測量電源電動勢和內(nèi)電阻的電路

20、，關(guān)于誤差的說法正確的是正確的是( )( )A A由于電流表的分壓作用，使內(nèi)電阻的測量值小于真實(shí)值由于電流表的分壓作用，使內(nèi)電阻的測量值小于真實(shí)值B B由于電流表的分壓作用，使內(nèi)電阻的測量值大于真實(shí)值由于電流表的分壓作用，使內(nèi)電阻的測量值大于真實(shí)值C C由于電壓表的分流作用，使內(nèi)電阻的測量值小于真實(shí)值由于電壓表的分流作用，使內(nèi)電阻的測量值小于真實(shí)值D D由于電壓表的分流作用，使內(nèi)電阻的測量值大于真實(shí)值由于電壓表的分流作用，使內(nèi)電阻的測量值大于真實(shí)值E E測出的電動勢與真實(shí)值相同測出的電動勢與真實(shí)值相同F(xiàn) F測出的電動勢比真實(shí)值小測出的電動勢比真實(shí)值小AvC FC F4.4.現(xiàn)有一阻值為現(xiàn)有一阻

21、值為10.010.0的定值電阻、一個(gè)開關(guān)、若的定值電阻、一個(gè)開關(guān)、若干根導(dǎo)線和一個(gè)電壓表，該電壓表表面上有刻度但干根導(dǎo)線和一個(gè)電壓表，該電壓表表面上有刻度但無刻度值，要求設(shè)計(jì)一個(gè)能測定某電源內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)無刻度值，要求設(shè)計(jì)一個(gè)能測定某電源內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)方案（已知電壓表內(nèi)阻很大，電壓表量程大于電源方案（已知電壓表內(nèi)阻很大，電壓表量程大于電源電動勢，電源內(nèi)阻約為幾歐）要求：電動勢，電源內(nèi)阻約為幾歐）要求：（1 1）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；（2 2）簡要寫出完成接線后的實(shí)驗(yàn)步驟；）簡要寫出完成接線后的實(shí)驗(yàn)步驟；（3 3）寫出用測得的量計(jì)算電源內(nèi)阻的表達(dá)式）寫出用測得的量計(jì)算電源內(nèi)阻的表達(dá)式r=r=

22、 . .解解: :（1 1）實(shí)驗(yàn)電路如圖所示）實(shí)驗(yàn)電路如圖所示.S.S斷開時(shí)，斷開時(shí)，因電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于電源內(nèi)阻，因電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于電源內(nèi)阻，可認(rèn)為是斷路狀態(tài)，可認(rèn)為是斷路狀態(tài)，S S閉合時(shí)，閉合時(shí)，又是一種負(fù)載狀態(tài)又是一種負(fù)載狀態(tài). .（2 2）實(shí)驗(yàn)步驟如下：）實(shí)驗(yàn)步驟如下：按電路圖連接好電路按電路圖連接好電路. .在開關(guān)在開關(guān)S S斷開時(shí)讀出電壓表指針?biāo)谔幍姆侄雀駭?shù)斷開時(shí)讀出電壓表指針?biāo)谔幍姆侄雀駭?shù)N N1 1. .閉合開關(guān)閉合開關(guān)S S，讀出電壓表指針?biāo)谔幍姆侄雀駭?shù)，讀出電壓表指針?biāo)谔幍姆侄雀駭?shù)N N2 2. .（3 3）設(shè)電壓表每一小分度表示的電壓為）設(shè)電壓表每一小分度表示的電壓為U U0 0.S.S斷開時(shí)，有斷開時(shí)，有 E=NE=N1 1U U0 0 S S閉合時(shí)，閉合時(shí)， 解得：解得：121222NNNNrR10NN20rEN U 1R（） 河流之所以能夠到達(dá)目的地，是因?yàn)樗迷鯓颖荛_障礙.