第16講 測量電源的電動勢和內阻

上傳人:沈*** 文檔編號:144155143 上傳時間:2022-08-26 格式:DOC 頁數:6 大?。?.39MB
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1、第16講 測量電源的電動勢和內阻 第一部分 知識網絡 一、實驗原理 1.根據閉合電路歐姆定律 E = U + Ir 可知,當外電路的電阻分別取R1、R2 時,有 E=U+和E=U+可得出 E=(I2U2-I1U1)/(I1-I2) r=(U2-U1/(I1-I2) 可見,只要測出電源在不同負載下的輸出電壓和輸出電流,就可以算出電源的電動勢和內電阻. 2.為減小誤差,至少測出6組U、I值,且變化范圍要大些,然后在U--I圖1中描點作圖,由圖線縱截距和斜率找出 E、r 圖1 二、實驗器材 被測電池(干電池) 、電流表、電壓表、電阻箱、電鍵和導線等. 三、探究過程

2、1.確定電流表、電壓表的量程,按7-4-2所示電路把器材連接好,如圖7-4-3所示. 圖 7-4-2 圖 7-4-3 2.把變阻器的滑動片移到一端使阻值達到最大. 3.閉合電鍵,調節(jié)變阻器,使電流表有明顯示數.記錄一組電流表和電壓表的示數,用同樣方法測量并記錄幾組 I、U 值; 4.斷開電鍵,整理好器材; 5.數據處理:用原理中方法計算或在 U-I 圖中找出E、r . 四、注意事項 1.本實驗在電鍵S閉合前,變阻器滑片應處于阻值最大處. 2.要測出不少于 6 組I、U 數據,且變化范圍要大些,用方程組求解時,要第 1、4 為一組,第 2、5 為一組,第 3 、6

3、 為一組,分別解出 E、r值再取平均值. 3.畫 U-I圖線時,由于讀數的偶然誤差,描出的點不在一條直線上,在作圖時應使圖線通過盡可能多的點,并使不在直線上的點均勻分布在直線的兩側,個別偏離直線太遠的點可舍去,這樣就可使偶然誤差得到部分抵消,從而提高精確度. 4.本實驗由于干電池內阻較小,路端電壓 U 的變化也較小,這時畫 U-I圖線時,縱軸的刻度可以不從零開始,而是根據測得的數據從某一恰當值開始(橫坐標 I 必須從零開始).但這時圖線和橫軸的交點不再是短路電流,而圖線與縱軸的截距仍為電動勢 E ,圖線斜率的絕對值仍為內阻 r . 五、誤差分析 1.測量電路存在系統誤差I真=I測

4、+IV 實驗中未考慮伏特表的分流影響. 2.用圖像法求 E 、r時存在偶然誤差. 3.本實驗結果: E 測< E 真,r測<r真 六、測定電源電動勢和內電阻的其它方法 1.用一只電流表和兩個定值電阻(或電阻箱)測量,其原理為:E=I1(R1+r),E=I2(R2+r) 可求出E和r,此種方法E無偏差,而r偏大.電路如圖7-4-8示 圖 7-4-8 圖 7-4-9 2.用一只電壓表和兩個定值電阻(或電阻箱)測量,其原理為:E=U1+ U1r/R1,E= U2+ U2r/R2可求出E和r,此種方法E、r均偏?。娐啡鐖D7-4-9示. 七、電流表內接和外接的選擇 1.

5、電流表內接:圖7-4-10示,I測<I實, U測=U實 ,其U-I圖線圖7-4-11示,可明顯看出E測<E,r測<r. 圖 7-4-10 圖 7-4-11 圖 7-4-12 圖 7-4-13 圖 7-4-18 2.電流表外接:圖7-4-12示,I測=I實, U測<U實 ,其U-I圖線圖7-4-13示,可明顯看出E測=E,r測>r. 典型例題: 例1 某實驗小組用伏安法測兩節(jié)干電池的電動勢和內電阻,實驗線路接成如圖7-4-18 所示的情況,在合上開關S之前,此線路有三個主要錯誤需要糾正,這三個錯誤的糾正是: (1)

6、 (2) (3) 圖 7-4-5 例2 用電流表和電壓表測定電池的電動勢 E 和內電阻r,所用的電路如圖7-4-4所示,一位同學測得的6組數據如下表中所示. 圖 7-4-4 (1)試根據這些數據在圖7-4-6中作出 U-I圖線 圖 7-4-6 (2)根據圖線得出電池的電動勢 E = ______V,根據圖線得出的電池內阻r=______Ω. (3)若不做出圖線,只選

7、用其中兩組 U 和I的數據,可利用公式 E=U1+I1r1和E =U2+I2r2 算出,這樣做可能得出誤差很大的結果,選用第_組和第_組數據,求得 E 和r誤差最大. 第二部分 課堂練習 1.關于閉合電路的說法,正確的是( ) A.電源短路時,電源的內電壓等于電動勢 B.電源短路時,路端電壓等于零 C.電源斷路時,路端電壓最大 D.電源的負載增加時,路端電壓也增大 2.在測定電源電動勢和內阻的實驗中,為使實驗效果明顯且不會損害儀器,應選擇下列電源中( ) A.內阻較大的普通干電池 B.內阻較小的普通蓄電池 C.小型交流發(fā)

8、電機 D.小型直流發(fā)電機 3.下面給出多種伏安法測電池電動勢和內電阻的數據處理方法,其中既能減小偶然誤差,又直觀、簡便的是( ) A.測出兩組I、U的數據,代入方程組E=U1+I1r和E=U2+I2r,求出E和r B.多測幾組I、U的數據,求出幾組E和r,最后分別求出其平均值 C.測出多組I、U的數據,畫出U-I圖象,再根據圖象求E和r[來源:學。科。網Z。X。X。K] D.多測出幾組I、U的數據,分別求出I和U的平均值,用電壓表測出斷路時的路端電壓即為電動勢E,再用閉合電路歐姆定律求出內電阻r 4.用圖像法計算電動勢和內阻時,先

9、要描點,就是在U-I坐標系中描出與每組I、U值對應的點,以下說法正確的是( ) A.這些點應當準確地分布在一條直線上,即U-I圖線應通過每個點 B.這些點應當基本在一條直線上,由于偶然誤差不能避免,所以U-I圖線不可能通過每一個點 C.畫U-I圖線應當使它通過盡可能多的描出的點 D.不在U-I圖線上的點應大致均衡地分布在圖線的兩側 E.個別偏離直線太遠的點,應當舍去 5.測電池電動勢和內阻的實驗中,由于電流表和電壓表內阻的影響,以下說法正確的是( ) A.在圖2-9-15所示電路中,E測

10、路中,E測

11、流為6 A D.電路路端電壓為1 V時,電路中電流為5 A 8.在測定電源電動勢和內阻的實驗中,待測電池為一節(jié)干電池,內阻約為3 Ω,備有下列器材供選擇:電流表A1(0—0.6 A),電流表A2(0—3 A);電壓表V1(0—3 V,10 kΩ),電壓表V2(0—3 V,8 kΩ),電壓表V3(0—15 V,30 kΩ);滑動變阻器R1(0—10 Ω,0.1 A),滑動變阻器R2(0—10 Ω,2 A),滑動變阻器R3(0—1 000 Ω,2 A).為了得到較準確的測量結果,滑動變阻器應選__________,電壓表應選__________,電流表應選_______

12、___. 9.如圖2-9-18所示是測量兩節(jié)干電池組成的串聯電池組的電動勢和內阻的實驗所用器材,用實線將它們連成實驗電路. 圖2-9-18 10.現有一阻值為10.0 Ω的定值電阻、一個開關、若干根導線和一個電壓表,該電壓表表盤上有刻度但無刻度值,要求設計一個能測定某電源內阻的實驗方案,(已知電壓表內阻很大,電壓表量程大于電源電動勢,電源內阻約為幾歐)要求: (1)在下邊方框中畫出實驗電路圖. (2)簡要寫出完成連線后的實驗步驟. (3)寫出用測得的量計算電源內阻的表達式r=________________. 11.圖2-9-19中R為已知電阻,Rx為

13、待測電阻,K1為單刀單擲開關,K2為單刀雙擲開關,V為電壓表(內阻極大),E為電源(內阻不可忽略).現用圖中電路測量電源電動勢E及電阻Rx. 圖2-9-19 (1)寫出操作步驟. (2)由R及測得的量,可得E=___________,Rx=___________. 第三部分 課后練習 1.用伏安法測一未知電阻R時,若不知道R的大概值,為了選擇正確的測量電路以減小測量誤差,一位學生把電流表和電壓表如圖所示接好.只空出電壓表的接頭K不接,然后把K分別與電流表的兩個接線柱a、b接觸,觀察電壓表和電流表示數變化情況,則( ?。? A.若電流表示數有明顯變化,則K應接a B.若電流

14、表示數有明顯變化,則K應接b C.若電壓表示數有明顯變化,則K應接a D.若電壓表示數有明顯變化,則K應接b 2.用如左圖所示的電路測定電池的電動勢和內阻,根據測得的數據作出了如右圖所示的U-I圖像,由圖可知(??? ) ????????? A.電池電動勢的測量值是1.40V。 B.電池內阻的測量值是3.50Ω。 C.外電路發(fā)生短路時的電流為0.40A。?? D.電壓表的示數為1.20V時電流表的示數I/約為0.20A 3.要研究一個“2.5 V? 0.1 W”小電珠的伏安特性,給出下列器材: (1)“2.5 V? 0.1 W”小電珠 (2)直流毫

15、安表A1(量程0~10 mA,內阻50 Ω) (3)直流毫安表A2(量程0~50 mA,內阻30 Ω) (4)直流電壓表V1(量程0~3 V,內阻5 kΩ) (5)直流電壓表V2(量程0~10 V,內阻10 kΩ) (6)直流電源(E=4 V,r=0) (7)滑動變阻器R(阻值變化范圍0~10 Ω,允許最大電流1 A) 根據器材的規(guī)格和實驗要求,為使實驗結果盡可能準確,直流毫安表應選_____.直流電壓表應選_____,應采用電流表_____接法,滑動變阻器應采用_____接法。 4.如圖所示,電路中,電阻R3=4 Ω,兩電表均為理想電表.電流表的示數為0.75 A,電壓表的示數為2 V.由于某種原因使電路中有一只電阻發(fā)生斷路,使電流表的示數為0.8 A,電壓表的示數為3.2 V.問: (1)是哪一只電阻發(fā)生了斷路? (2)電源的電動勢和內阻分別為多少? 6

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