2019-2020年高二物理實驗十 測定電源的電動勢和內阻.doc
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2019-2020年高二物理實驗十 測定電源的電動勢和內阻 【實驗目的】 測定電池的電動勢和內電阻 【實驗原理】 由閉合電路的歐姆定律E =U+Ir知,路端電壓U=E—Ir,對給定的電源,E、r為常量,因此路端電壓U是電流I的一次函數(shù)。將電池、電流表、電壓表,可變電阻連接成如圖7-1所示的電路,改變可變電阻R的阻值,可以測得多組I、U值。將它們描在U—I坐標中,圖線應該是一條直線。顯然,直線在U坐標上的截距值就是電池電動勢,直線斜率的絕對值就是電池的內阻的大小。 上述用作圖的方法得出實驗結果的方法,具有直觀、簡便的優(yōu)點。 【步驟規(guī)范】 實 驗 步 驟 操 作 規(guī) 范 一.連接實驗電路 1.將電流表、電壓表機械調零 A V R S E r 2.布列實驗器材,接圖連接實驗電路 1.若表針不在零位,用螺絲刀旋動機械調零螺釘,使其正對 2.⑴實驗器材應放置在合適的位置,應使電鍵、滑動變阻器便于操作;電表刻度盤應正對實驗者 ⑵電鍵接入電路前,處于斷開位置;閉合電鍵前,滑動變阻器阻值置于最大;導線連接無“丁”字形接線 ⑶電流表量程0.6A,電壓表量程3V 二.讀取I、U數(shù)據(jù) 1.調節(jié)滑動變阻器的阻值,閉合電鍵,讀取一組電流表和電壓表的讀數(shù) 2.改變滑動變阻器的阻值,閉合電鍵,讀取電流表和電壓表讀數(shù),共測8-10組 1.⑴滑動變阻器的阻值由大到小變化,使電路中電流從小到大平穩(wěn)地改變,適時地讀取I、U讀數(shù) ⑵電流表和電壓表讀數(shù)正確,有估讀 ⑶必要時要及時改變電表量程 2.每次實驗后,都要及時斷開電源 三.拆除電路,儀器復原 【注意事項】 1.使用內阻大些(用過一段時間)的干電池,在實驗中不要將I調得過大,每次讀完U、I讀數(shù)立即斷電,以免于電池在大電流放電時極化現(xiàn)象過重,E、r明顯變化. 2.在畫U-I圖線時,要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側,而不要顧及個別離開較遠的點以減少偶然誤差. 3.干電池內阻較小時U的變化較小,坐標圖中數(shù)據(jù)點將呈現(xiàn)如圖3甲所示的狀況,下部大面積空間得不到利用,為此可使坐標不從零開始,如圖3乙所示,把坐標的比例放大,可使結果的誤差減小些.此時圖線與橫軸交點不表示短路電流.計算內阻要在直線上任取兩個相距較遠的點,用r=|ΔU/ΔI|計算出電池的內阻r. 4.實驗誤差的來源與分析 (1)每次讀完電表示數(shù)沒有立即斷電,造成E、r變化; (2)測量電路存在系統(tǒng)誤差,I真=I測十Iv,末考慮伏特表分流. 【典型例題】 例1 現(xiàn)有一阻值為10.0Ω的定值電阻、一個開關、若干根導線和一個電壓表,該電壓表表面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)畫出實驗電路圖. (2)簡要寫出完成接線實驗步驟。 (3)寫出用測得的量,電源內阻的表達式r=________________。 答案: (1)略 (2)斷開開關,記下電壓表偏轉格數(shù)N1;合上開關,記下電壓表偏轉格數(shù)N2 (3)r=(N1+N2)R/N2 例2.(04上海)在測定一節(jié)干電池(電動勢約為1.5V,內阻約為2Ω)的電動勢和內阻的實驗中,變阻器和電壓表各有兩個供選:A電壓表量程為15V,B電壓表量程為3V,A變阻器為(20Ω,3A),B變阻器為(500Ω,0.2A) 電壓表應該選 (填A或B),這是因為 . 變阻器應該選 (填A或B),這是因為 . 答案:B,A電壓表量程過大,誤差較大;A、B變阻器額定電流過小且調節(jié)不便 例3 (xx 上海)某同學按如圖3所示電路進行實驗,實驗時該同學將變阻器的觸片P移到不同位置時測得各電表的示數(shù)如下表所示: 序號 A1示數(shù)(A) A2示數(shù)(A) V1示數(shù)(V) V2示數(shù)(V) 1 0.60 0.30 2.40 1.20 2 0.44 0.32 2.56 0.48 將電壓表內阻看作無限大,電流表內阻看作零。 (1)電路中E、r分別為電源的電動勢和內阻,R1、R2、R3為定值電值,在這五個物理量中,可根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)求得的物理量(不要求具體計算)_________。 (2)由于電路發(fā)生故障,發(fā)現(xiàn)兩電壓表示數(shù)相同了(但不為零),若這種情況的發(fā)生是由用電器引起的,則可能的故障原因是________。 答案:(1)可測出的物理量是R2、R3和E。 (2)可能R2斷路,也可能R2、R3都斷路。 例4(05)測量電源B的電動勢E及內阻r(E約為4.5V,r約為1.5Ω)。 器材:量程3V的理想電壓表,量程0.5A的電流表(具有一定內阻),固定電阻R=4Ω,滑線變阻器R′,電鍵K,導線若干。 ①畫出實驗電路原理圖。圖中各無件需用題目中給出的符號或字母標出。 ②實驗中,當電流表讀數(shù)為I1時,電壓表讀數(shù)為U1;當電流表讀數(shù)為I2時,電壓表讀數(shù)為U2。則可以求出E= ,r= 。(用I1,I2,U1,U2及R表示) 答案:①實驗電路原理圖如圖。 ②(I1U1-I2U2)/(I1-I2) (U2-U1)/I1-I2)-R 實驗十:測電源的電動勢和內阻練習 1. 如圖所示是測量干電池電動勢和內電阻的實驗電路,為了減少系統(tǒng)誤差,電壓表的內阻應_______,變阻器的全電阻應__________.接通電鍵時滑動變阻器的滑片C應在______________. 2. 用伏安法測電源電動勢和內電阻的實驗電路如圖2所示,現(xiàn)備有以下器材: A.干電池一個 B.滑動變阻器(阻值范圍0─50Ω) C.滑動變阻器(阻值范圍0─1750Ω) D.電壓表(量程0─3V) E.電壓表(量程0─15V) F.電流表(量程0─0.6A) G.電流表(量程0─3A) 其滑動變阻器應選用_________;電壓表應選用_________;電流表應選用___________.(只選儀器前的字母) 3. 在“用伏安法測電池的電動勢和內電阻”的實驗中,某同學按照正確實驗方法測出幾組數(shù)據(jù),根據(jù)這些數(shù)據(jù)畫出U─I圖線,如圖3所示,從這圖線可以看出:電池的電動勢ε=______V,內電阻r=_______W. 4. 利用如圖4電路測定電源電動勢ε和內電阻r,如果不考慮電流表內阻對測量的影響,則所測定的電源電動勢ε和內電阻r的值與其真實值相比較,測出ε________,r__________.(填:準確、偏大或偏小) 5. 用伏安法測電池的電動勢和內電阻的實驗中采用右圖5的電路時,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出了U─I圖線,由此可得出E和r.圖線與縱軸交點表示的意義是__________其縱坐標大小等于________,圖線與橫軸交點表示的意義是________,其橫坐標等于___________,直線的斜率大小為:_________. 6. 要測定某個電池的電動勢和內電阻,除電鍵和導線外,還可以分別用下列哪些組實驗器材均能達到測定目的 ( ) A.電流表和電阻箱 B.電壓表和電阻 C.電流表和電壓表 D.電流表、電壓表、滑動變阻器 7. 圖7是測一節(jié)干電池的電動勢和內電阻所用的器材,請以筆畫線連成實驗電路圖。 8. 某同學用伏安測定一節(jié)干電池的電動勢和內電阻,圖a為開始實驗前的實驗裝置。(圖中每條導線用數(shù)字編號表示,接線柱或接線點用大寫英文字母表示) (1)指出裝置圖中的錯誤或不妥之處 。應如何改正(請用盡可能少的步驟。答案寫在下面橫線) 。 (2)圖b是用測出的實驗數(shù)據(jù)畫出的干電池U—I圖線,根據(jù)圖線可求出干電池的電動勢ε= V,內阻r = Ω 9用圖9器材測定干電池 的電動勢和內電阻。 (1)把圖示器材連接成實驗電路,要求滑動變阻器連入電路的電阻值最大。 (2)右邊圖象是根據(jù)實驗中測得的數(shù)據(jù)在U—I坐標系上作出的圖象,由圖象可以求出電源的電動勢和內電阻,如果考慮到電表內阻的影響,這樣測出的電動勢和內電阻數(shù)值各是偏大還是偏小?答: 10. 如圖10所示的元件規(guī)格為:電源電動勢ε=6.0V、內阻r =4.0Ω,滑動變阻器電阻值R=40Ω,負載電阻Rf =160Ω。(1)將圖中元件連成電路,使Rf 兩端電壓U能在盡量大的范圍內調節(jié)。(2)U值的調節(jié)范圍是 V到 V。 11.利用2個定值電阻、1個電壓表、電鍵 和若干導線測定1節(jié)干電池的電動勢ε和內阻r,電路圖如圖11所示,兩次實驗測得電壓表示數(shù)分別為U1和U2。由兩組數(shù)據(jù)R1,U1和R2,U2,可寫出計算ε= ,r = 。 U(V) 5.1 4.7 4.3 3.9 3.5 3.1 I(A) 0.75 1.1 1.4 1.8 2.1 2.4 12. 把下圖中所給的器材連成測量電池電動勢和內電阻的合適的電路,某同學實驗中測得的6組測量數(shù)據(jù)如下在直角坐標系中畫出U─I的關系圖象根據(jù)圖線可知電池的電動勢為_____V,電池的內電阻為____Ω.實驗中沒有考慮電流表,電壓表內阻對測量結果的影響,因此,測出的電池電動勢的值比真實值_______,測出的電池內電阻的值比真實值_______,這主要是由于________表內阻影響造成的. 13. 在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內電阻的實驗中,所用器材如圖13所示,其中電流表的內阻不大于0.1W,電壓表的內電阻不小于1kW. (1)試在如下方框中畫出用圖示器材測電池的電動勢和內電阻的電路圖,并按電路圖把圖示器材接成實驗電路 (2)一位學生在實驗中記錄的6組數(shù)據(jù)如下.試根據(jù)這些數(shù)據(jù)畫出U─I圖線,并從圖線上求出電池的電動勢ε=___________V,內電阻r=_______. (3)為完成這個實驗,圖中滑動變阻器最好應選如下的哪一個?( ) A.阻值范圍0─5W B.阻值范圍0─10W C.阻值范圍0─20W D.阻值范圍0─100W. (4)這個實驗中,所測出的電動勢和內電阻與被測電池電動勢和內電阻的真實值相比( ) A.由于電壓表的分流作用,都偏小 B.由于電壓表的分流作用,都偏大 C.由于電流表的分壓作用,都偏小 D.由于電流表的分壓作用,都偏大 14. 在“測定電源電動勢和內電阻”的實驗中 (1)圖為某同學連接的用伏安法測干電池的電動勢和內電阻的實驗電路,指出錯誤及不合要求處并改正 A B C (2)某同學分別用新舊兩個干電池做實驗,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的U—I圖象中兩條圖線a和b,則 是舊電池對應的圖線。 (3)若實驗室由于缺少安培表,有幾組需利用伏特表和電阻箱、(符號)開關、導線組成電路進行測量 A、在方框中畫出電路圖 B、寫出計算電動勢和內電阻的表達式 ε= r= 。 15. 一種供儀器使用的小型電池標稱電壓為9V,允許電池輸出的最大電流為50mA,為了測定這個電池的電動勢和內電阻,實驗室利用了圖1所示電路,圖中電壓表內阻很大,可不考慮對電路的影響,R為電阻箱,阻值范圍為0—9999Ω,R0是保護電阻。 (1)實驗室中備有的定值電阻有以下幾種規(guī)格: A.10Ω 5W B.150Ω 1/2W C.200Ω1/4W D.1.2kΩ1W 實驗時,R0應選用 (填字母代號)較好。 (2)在實驗中,當變阻箱各旋鈕調到2所示位置后,閉合開關,電壓表示數(shù)為9.0V,變阻箱此時電阻為 Ω。電路中通過電阻箱電流為 mA。 (3)斷開開關,調整電阻箱阻值,再閉合開關,讀取電壓表示數(shù),多次重復,取得數(shù)據(jù)后,作出如圖3所示圖線,則該電池電動勢ε= V,內電阻r = Ω。 實驗十:測電源的電動勢和內電阻參考答案 1. 盡可能的大些;盡可能的小些;b端.2. B;D;F 3. 3.2;4 4. 準確;偏大 5. ABD 6. 斷路時的路端電壓,e;短路電流,e/r,r 7. 見圖;全對得6分,電壓表、電流表量程錯各扣1分,其他錯都給0分。 8. (1)B D F C E A, (2)A(略),B. 1.5, 0.5 9. 電路圖3分 實物圖3分 10. B (3分);將滑動變阻器和金屬桿的兩端的兩個接線柱都連到電路中 11. 12. ①如右圖 ②圖略,6.0V,1.2W ③小,小,電壓表. 13. (1)連線圖略 (2)圖線略;約1.44;0.71 (3)C (4)A 14.(1)A、伏特表應接0~3檔 B、安培表應從正接線柱接入 C、滑動變阻器開始時應將電阻置于最大值處 (2)b (3)A.電路如圖 B 15. (1)B (2)750;10 (3)9.5;50- 配套講稿:
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