《2017-2018學(xué)年高中物理 第4章 閉合電路歐姆定律和邏輯電路 第3節(jié) 測量電源的電動勢和內(nèi)電阻教學(xué)案 魯科版選修3-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中物理 第4章 閉合電路歐姆定律和邏輯電路 第3節(jié) 測量電源的電動勢和內(nèi)電阻教學(xué)案 魯科版選修3-1（9頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第3節(jié) 測量電源的電動勢和內(nèi)電阻 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．用伏安法測電源的電動勢和內(nèi)電阻。 2．學(xué)會用“代數(shù)法”和“圖像法”分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 二、實(shí)驗(yàn)原理 原理圖如圖4-3-1所示。 圖4-3-1 改變滑動變阻器的阻值，測出兩組I、U的數(shù)據(jù)，代入方程 E＝U＋I(xiàn)r，可得到方程組 解此方程組可求得： 電動勢E＝，內(nèi)阻r＝。 三、實(shí)驗(yàn)器材 待測電池一節(jié)、滑動變阻器、電流表(0～0.6 A)、電壓表(0～3 V)、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、直尺。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．確定電流表、電壓表的量程，按圖4-3-2所示把器材連接好。 圖4-3-2 2．把滑動變阻器的滑片

2、移到使阻值最大的一端。 3．閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，記錄一組電流表和電壓表的示數(shù)，用同樣的方法測量并記錄幾組I和U的值，并填入預(yù)先設(shè)計(jì)的表格中。 4．?dāng)嚅_開關(guān)，整理好器材。 五、數(shù)據(jù)處理 1．代數(shù)法 運(yùn)用方程組求解E和r。 利用所測U、I值多求幾組E和r的值，最后算出它們的平均值。 圖4-3-3 2．圖像法 以縱軸表示路端電壓，橫軸表示總電流，建立直角坐標(biāo)系，將所測多組相應(yīng)的U、I值進(jìn)行描點(diǎn)，然后用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來。由U＝E－Ir知，U-I圖像是一條斜向下的直線，如圖4-3-3所示。 (1)直線與縱軸的交點(diǎn)表示電動勢E。 (2)直線與橫軸

3、的交點(diǎn)表示短路電流I0。 (3)直線斜率的絕對值等于電源的內(nèi)阻r＝|k|＝。 六、誤差分析 1．偶然誤差 (1)電壓表和電流表的讀數(shù)誤差。 (2)由于導(dǎo)線與電池接觸不好造成電池內(nèi)阻不穩(wěn)定產(chǎn)生誤差。 (3)作U-I圖線時(shí)描點(diǎn)、連線不準(zhǔn)確產(chǎn)生誤差。 圖4-3-4 2．系統(tǒng)誤差 公式U＝E－Ir中I是通過電源的電流，而本實(shí)驗(yàn)電路是存在系統(tǒng)誤差的，這是由于電壓表分流IV，使電流表示值I測小于電池的輸出電流I真。因?yàn)镮真＝I測＋I(xiàn)V，而IV＝，U越大，IV越大，U趨于零時(shí)，IV也趨于零。所以它們的關(guān)系可用圖4-3-4表示，由圖線可看出r和E的測量值都小于真實(shí)值。r測＜r真，E測＜E

4、真。 七、注意事項(xiàng) 1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，宜選用舊電池和內(nèi)阻較大的電壓表。 2．電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象較嚴(yán)重，電動勢E會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大，故長時(shí)間放電不宜超過0.3 A，短時(shí)間放電不宜超過0.5 A，因此，實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大，讀電表要快，每次讀完后應(yīng)立即斷電。 3．電壓表、電流表應(yīng)選擇合適的量程，使測量時(shí)偏轉(zhuǎn)角大些，以減小讀數(shù)時(shí)的相對誤差。 4．當(dāng)干電池的路端電壓變化不很明顯時(shí)，作圖像時(shí)，縱軸單位可以取得小一些，且縱軸起點(diǎn)可以不從零開始。 5．畫U-I圖像時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)

5、可舍去不予考慮。這樣，就可使偶然誤差得到部分抵消，從而提高精確度。 [例1]　在“用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)電阻”的實(shí)驗(yàn)中。 (1)備有如下器材 A．干電池1節(jié)　　　　　 B．滑動變阻器(0～20 Ω) C．滑動變阻器(0～1 kΩ) D．電壓表(0～3 V) E．電流表(0～0.6 A) F．電流表(0～3 A) G．開關(guān)、導(dǎo)線若干 其中滑動變阻器應(yīng)選________，電流表應(yīng)選________。(只填器材前的序號) (2)為了最大限度的減小實(shí)驗(yàn)誤差，請?jiān)谔摼€框中畫出該實(shí)驗(yàn)最合理的電路圖。 (3)某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的U-I圖像如圖4-3

6、-5所示，由圖像可得電池的電動勢為____________ V，內(nèi)電阻為____________ Ω。 圖4-3-5 [解析]　(1)滑動變阻器的最大值一般為待測電阻的幾倍時(shí)較好，在該實(shí)驗(yàn)中因電源內(nèi)阻比較小，故滑動變阻器選擇較小一點(diǎn)的即可，故滑動變阻器應(yīng)選B。(也可以從便于調(diào)節(jié)的角度來分析，應(yīng)該選擇阻值較小的滑動變阻器。)電流表的量程要大于電源允許通過的電流，對于干電池來講允許通過的最大電流一般是0.5 A，故需要選擇0～0.6 A量程的電流表，所以電流表應(yīng)選E。 (2)電路圖如圖所示。 (3)由題中U-I圖像可知：縱截距為1.5 V，故電池的電動勢為1.5 V；內(nèi)電阻r＝＝Ω

7、＝1 Ω。 [答案]　(1)B　E　(2)見解析圖　(3)1.5　1 [例2]　在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，所用電流表和電壓表的內(nèi)阻分別為0.1 Ω和1 kΩ。圖4-3-6為實(shí)驗(yàn)原理圖及所需的器件圖。 圖4-3-6 (1)試在圖乙中畫出連線，將器件按原理圖連接成實(shí)驗(yàn)電路。 (2)一位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)見下表，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在如圖4-3-7所示的坐標(biāo)圖中畫出U-I圖像，根據(jù)圖像讀出電池的電動勢E＝____________ V，根據(jù)圖像求出電池的內(nèi)電阻r＝________ Ω。 實(shí)驗(yàn)序號 1 2 3 4 5 6 I/A 0.12 0.20

8、0.31 0.32 0.50 0.57 U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 圖4-3-7 [解析]　(1)先將電源、開關(guān)、電流表、滑動變阻器按照一定順序連接好，再將電壓表并到滑動變阻器與電流表串聯(lián)電路兩端，實(shí)物連接如圖所示。 (2)根據(jù)表格中U、I數(shù)據(jù)，在方格紙U-I坐標(biāo)上描點(diǎn)畫線，如圖所示，連直線時(shí)第四組數(shù)據(jù)(0.32 A,1.18 V)標(biāo)出的點(diǎn)明顯偏離其他點(diǎn)，誤差太大，應(yīng)該舍去，然后將直線延長，交U軸于U1＝1.46 V(1.44～1.48都正確)，即為電源電動勢；交I軸于I＝0.64 A，注意此時(shí)U2＝1.00 V，由

9、閉合電路歐姆定律得I＝，所以r＝＝ Ω＝0.72 Ω(0.67～0.77都正確)。 [答案]　(1)見解析圖　(2)見解析圖　1.46　0.72 1．(多選)關(guān)于“用電流表和電壓表測干電池的電動勢和內(nèi)電阻”實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，下列說法中正確的是(　　) A．應(yīng)選用舊的干電池作為被測電源 B．不能長時(shí)間將流過電源的電流調(diào)得過大 C．應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電流表和電壓表 D．根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)作U-I圖線時(shí)，應(yīng)通過盡可能多的點(diǎn)畫線，并使不在圖線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線的兩側(cè) 解析：選ABD　為了使電池的路端電壓變化明顯，應(yīng)選用電池內(nèi)阻較大的舊電池，A對；電池在大電流放電時(shí)消耗電能較多，

10、使得E和r明顯變化，因而不能長時(shí)間將流過電源的電流調(diào)得過大，B對；電壓表內(nèi)阻越大，分流作用越小，誤差越小，C錯；作U-I圖線時(shí)，應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)在直線上，不在圖線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線的兩側(cè)，D對。 2．(多選)為了測出電源的電動勢和內(nèi)阻，除待測電源和開關(guān)、導(dǎo)線以外，配合下列哪組儀器，才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?　　) A．一個電流表和一個電阻箱 B．一個電壓表、一個電流表和一個滑動變阻器 C．一個電壓表和一個電阻箱 D．一個電流表和一個滑動變阻器 解析：選ABC　電阻箱既可以改變阻值，又可以讀出阻值，配合一個電流表或電壓表，就可以測出電源的電動勢和內(nèi)阻，選項(xiàng)A、C正確；根據(jù)伏安法測電源電

11、動勢和內(nèi)阻的方法可知，選項(xiàng)B正確，D錯誤。 3. (多選)如圖4-3-8所示是根據(jù)某次測量電源電動勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的U-I圖像。關(guān)于這個圖像，下列說法中正確的是(　　) 圖4-3-8 A．縱軸截距表示待測電源的電動勢，即E＝6.0 V B．橫軸截距表示短路電流，即I短＝0.5 A C．待測電源內(nèi)電阻r＝3 Ω D．電流為0.3 A時(shí)的外電阻R＝18 Ω 解析：選AD　圖像與縱坐標(biāo)軸的交點(diǎn)對應(yīng)的電流值為0，此時(shí)為開路狀態(tài)，截距即為電源電動勢E＝6.0 V，選項(xiàng)A對；但圖像與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)對應(yīng)的路端電壓U＝5.0 V，所以0.5 A不是短路電流，選項(xiàng)B錯；r＝＝ Ω＝2

12、Ω，選項(xiàng)C錯；當(dāng)I＝0.3 A時(shí)，由部分電路歐姆定律得R＝＝ Ω＝18 Ω，選項(xiàng)D對。 4．在用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，被測的電源是兩節(jié)干電池串聯(lián)的電池組?？晒┻x擇的實(shí)驗(yàn)器材如下： A．電流表，量程0～0.6 A,0～3 A B．毫安表，量程0～100 mA,0～100 μA C．電壓表，量程0～3 V,0～15 V D．滑動變阻器，0～1 000 Ω，0.1 A E．滑動變阻器，0～20 Ω，2 A F．開關(guān)一個，導(dǎo)線若干 圖4-3-9 (1)為了盡量得到較好的效果，電流表應(yīng)選________，量程應(yīng)選________，電壓表量程選________

13、，滑動變阻器應(yīng)選________。 (2)如圖4-3-9有甲、乙兩個可供選擇的電路，應(yīng)選________電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中誤差是由于________表的讀數(shù)比實(shí)際值偏________所造成的。 解析：(1)一般干電池允許通過的最大電流為0.5 A，故電流表應(yīng)該選A，其量程應(yīng)該選0～0.6 A。兩節(jié)干電池串聯(lián)后的電動勢為3.0 V，故電壓表量程應(yīng)該選0～3 V?；瑒幼冏杵鞯淖畲笞柚抵恍枰入姵亟M的內(nèi)阻大幾倍即可，故選擇E。 (2)應(yīng)該選乙電路，電流表的內(nèi)阻和電源內(nèi)阻相差不大，其分壓作用不可忽略，而電壓表的內(nèi)阻相對滑動變阻器的阻值來講大很多，其分流作用可以忽略，故選擇乙電路。實(shí)驗(yàn)中電壓表的

14、示數(shù)是路端電壓，電流表的示數(shù)比干路中的電流略小，所以實(shí)驗(yàn)中的誤差是由于電流表的讀數(shù)比實(shí)際值偏小所造成的。 答案：(1)A　0～0.6 A　0～3 V　E　(2)乙　電流　小 5．某研究性學(xué)習(xí)小組利用如圖4-3-10甲所示電路測量電池組的電動勢E和內(nèi)阻r。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出如圖乙所示的R-圖線，其中R為電阻箱讀數(shù)，I為電流表讀數(shù)，由此可以得到E＝________，r＝________。 圖4-3-10 解析：由歐姆定律有，E＝I(R＋r)，R＝－r。 由此知圖線的斜率為電動勢E，縱軸截距大小為內(nèi)阻r。 E＝ V＝2.8 V，r＝1 Ω。 答案：2.8 V　1 Ω 6．為測量一電

15、源的電動勢及內(nèi)阻 (1)下列三個電壓表中選一個改裝成量程為9 V的電壓表。 A．量程為1 V、內(nèi)阻大約為1 kΩ的電壓表 B．量程為2 V、內(nèi)阻大約為2 kΩ的電壓表 C．量程為3 V、內(nèi)阻為3 kΩ的電壓表 選擇電壓表________串聯(lián)________ kΩ的電阻可以改裝成量程為9 V的電壓表。 (2)利用一個電阻箱、一只開關(guān)、若干導(dǎo)線和改裝好的電壓表(此表用符號V1、V2或V3與一個電阻串聯(lián)來表示，且可視為理想電壓表)，在虛線框內(nèi)畫出測量電源電動勢及內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理電路圖。 (3)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)原理電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讀出電壓表示數(shù)為1.50 V時(shí)，電阻箱的阻

16、值為15.0 Ω；電壓表示數(shù)為2.00 V 時(shí)，電阻箱的阻值為40.0 Ω，則電源的電動勢E＝________ V、內(nèi)阻r＝________Ω。 解析：(1)改裝電壓表時(shí)，其內(nèi)阻值要準(zhǔn)確告知，所以排除A、B而選C；再由閉合電路歐姆定律可知U＝(RV＋R串)，代入數(shù)據(jù)得R串＝6 kΩ。 (2)電路圖如圖所示： (3)根據(jù)閉合電路歐姆定律可得通式為＝，將U1＝1.50 V、R1＝15.0 Ω及U2＝2.00 V、R2＝40.0 Ω代入上式解得：E＝2.5 V、r＝10 Ω。 答案：(1)C　6　(2)圖見解析　(3)2.5　10 7. (2015·四川高考)用實(shí)驗(yàn)測一電池的內(nèi)阻r和一

17、待測電阻的阻值Rx。已知電池的電動勢約6 V，電池內(nèi)阻和待測電阻阻值都為數(shù)十歐?？蛇x用的實(shí)驗(yàn)器材有： 圖4-3-11 電流表A1(量程0～30 mA)； 電流表A2(量程0～100 mA)； 電壓表V(量程0～6 V)； 滑動變阻器R1(阻值0～5 Ω)； 滑動變阻器R2(阻值0～300 Ω)； 開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干條。 某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程如下： Ⅰ.設(shè)計(jì)如圖4-3-11所示的電路圖，正確連接電路。 Ⅱ.將R的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)，逐次調(diào)小R的阻值，測出多組U和I的值，并記錄。以U為縱軸，I為橫軸，得到如圖4-3-12所示的圖線。 圖4-3-12 Ⅲ.斷開開關(guān)，

18、將Rx改接在B、C之間，A與B直接相連，其他部分保持不變。重復(fù)Ⅱ的步驟，得到另一條U-I圖線，圖線與橫軸I的交點(diǎn)坐標(biāo)為(I0,0)，與縱軸U的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0，U0)。 回答下列問題： (1)電流表應(yīng)選用________，滑動變阻器應(yīng)選用________。 (2)由圖4-3-12的圖線，得電源內(nèi)阻r＝________Ω。 (3)用I0、U0和r表示待測電阻的關(guān)系式Rx＝________，代入數(shù)值可得Rx。 (4)若電表為理想電表，Rx接在B、C之間與接在A、B之間，滑動變阻器滑片都從最大阻值位置調(diào)到某同一位置，兩種情況相比，電流表示數(shù)變化范圍________，電壓表示數(shù)變化范圍________。(選填“相同”或“不同”) 解析：(1)由題U-I圖線可知電流表量程應(yīng)為0～100 mA，故選A2。路端電壓大于5.5 V，而電源電動勢E＝6 V，故R外?r，則滑動變阻器選R2。 (2)由題圖得：r＝＝25 Ω。 (3)Rx＋r＝，Rx＝－r。 (4)電流I＝，r＋Rx一定，R從300 Ω變到某同一阻值，電流變化范圍相同。Rx接AB間時(shí)，U＝(R＋Rx)，Rx接BC間時(shí)，U′＝R，故兩種情況下電壓變化不同。 答案：(1)A2　R2　(2)25　(3)－r　(4)相同　不同 9