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10 测电源的电动势和内阻


10 测电源的电动势和内阻
【知识整合】 1.实验目的:测电源的电动势和内阻。 2.实验原理: (1)用电压表、电流表、可变电阻(如滑动变阻器)测量。 如图 1 所示: 测出两组_______值,就能算出电动势和内阻。 原理公式:_____________ (2)用电流表、电阻箱测量。如图 2 所示: 测出两组_______值,就能算出电动势和内阻。 原理公式:____

_________ (3)用电压表、电阻箱测量。如图 3 所示: 测出两组_______值,就能算出电动势和内阻。 原理公式:_____________ 这几种方法均可测量,下面我们以图 1 所示的方法介绍实验 步骤和实验数据的处理方法。 3.实验器材: 电池(待测电源) 、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导 线,坐标纸。 4.实验步骤: (1)确定电流表、电压表的量程,按照电路原理图把器材连接好。 (2)把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。 (3)闭合电键,调节变阻器,使电流表有明显示数,记录一组电压表和电流表的读数, 用同样方法测量并记录几组 I、U 值。 (4)断开电键,整理好器材。 (5)数据处理:在坐标纸上作 U-I 图,求出 E、r 5.注意事项: (1)实验电路图:安培表和滑动变阻器串联后与伏特表并联。 (2)测量误差:E、r 测量值均小于真实值。 (3)安培表一般选 0-0.6A 档,伏特表一般选 0-3V 档。 (4)电流不能过大,一般小于 0.5A。 【重难点阐释】 实验数据的处理是本实验中的一个难点。原则上,利用两组数据便可得到结果,但这样
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图 1

图2

图3

做误差会比较大,为此,我们可以多测几组求平均,也可以将数据描在图上,利用图线解决 问题。 利用图线处理数据时,要明确: (1)图线的纵坐标是路端电压,它反映的是:当电流强度 I 增大时,路端电压 U 将随 之减小,U 与 I 成线性关系,U=E-Ir。也就是说它所反映的是电源的性质,所以也叫电源的 外特性曲线。 (2)电阻的伏安特性曲线中,U 与 I 成正比,前 提是 R 保持一定,而这里的 U-I 图线中,E、r 不变, 外电阻 R 改变,正是 R 的变化,才有 I 和 U 的变化。 实验中至少得到 5 组以上实验数据,画在图上拟 合出一条直线。要求:使多数点落在直线上,并且分 布在直线两侧的数据点的个数要大致相等,这样,可 使偶然误差得到部分抵消,从而提高精确度。 将图线两侧延长,纵轴截距点意味着断路情况, 它的数值就是电源电动势 E。横轴截距点(路端电压 U=0)意味着短路情况,它的数值就是 短路电流

E 。 r

说明:①两个截距点均是无法用实验实际测到的,是利用得到的图线向两侧合理外推得 到的。 ②由于 r 一般很小,得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确,可以将纵 轴的坐标不从零开始,计算 r 时选取直线上相距较远的两点求得。 【典型例题】 3.用电流表和电压表测二节干电池的电动势 E 和内电阻 r,读得的各组数据用实心圆点 标于坐标图上,如图甲所示。 (1)根据各点表示的数据在图上描出 U—I 图线。由此求得:E=______V,r=______Ω 。

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(均保留二位有效数字) 。 (2)把图乙的实验器材连成实验开始时的线路。 7.在测定电源电动势和内阻的实验中某同学所用电路图如图(1)和测得的数据如下: 1 2 3 4 5 6 U/V 1.42 1.36 1.08 1.21 1.14 1.07 I/A 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 ⑴实验误差分系统误差和偶然误差两种。该实验的系统误差主要是由 ________________________引起 的。 用画 U-I 图线求电动势和内阻的 优点在于可以尽量减小实验的 _______误差。 ⑵在图(2)给出的 U-I 坐标 系中用给出的数据画出 U-I 图线 (横、纵坐标的起点已经规定好) , 从图象中可以发现该同学记录的第 ____组数据有误。 ⑶求得电动势 E=____V,内阻 r=___Ω . (均保留 2 位有效数字) 。 8.为了测一节干电池的电动势和内阻,现准备了下列器材: ①待测干电池(电动势约 1.5V,内阻约 1.0Ω ) ②电流表 G(满偏电流 3.0mA 内阻 10Ω ) ③安培表 A(量程 0~0.6A,内阻约为 0.5Ω ) ④滑动电阻器 R1(0~20Ω ,10A) ⑤滑动电阻器 R2(0~100Ω ,1A) ⑥定值电阻 R3=990Ω ⑦开关和导线若干 (1)为了能准确进行测量,也为了操作方便,实验 中应选用的滑动变阻器是 (2)请画出实验原理图。 (3)如图为某同学根据正确的电路图做出的 I1-I2 图线(I1 为电流表的示数,I2 为安培 表的示数) ,由该图线可得被测干电池的电动势 E=____V,内阻 r=___Ω 。 。 图(1) 1.00 0 图(2) 0.20 I/A U/V 1.50

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参考答案 3.答案: (1) ε =2.96~2.98V, r=0.94~0.96Ω (2)见右图 解析: (1)E=Ir+U I→0 ,V→ε tgα = r 如图图 10-5-3 所示。 所以 E=2.96~2.98V,r=0.94~0.96Ω (2)连线要注意上柱,注意标的正负极和 量程要正确。

7. (1)电压表的分流;偶然 (2)描点如图;3 (3)1.5 1.8 U/V 1.50

1.00 0 8.答案: (1)④ (2)电路图如图所示。 (3)1.47 ;0.74

0.20

I/A

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