PAGE山东省临朐实验中学高二物理学案：实验：测定电源电动势和内阻【实验目的】(1)掌握利用仪器测量电池电动势和内电阻的方法。(2)学会利用图线处理数据的方法。【实验原理】(1)原理由闭合电路欧姆定律 E＝U+Ir。可以采用以下的电路图：这几种方法均可测量。本实验选择用
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测量。采用图1：示数准确 示数偏小采用图2：示数准确 示数偏大选用哪种方式，要根据实际测量的需要确定，现在要想测出电源的内阻，如果采用图1方式，最后得到的结果相当于电源内阻与电流表内阻的总和，而两者相差又不太多，这样一来误差就会比较大，所以应采用图2的电路图。明确各仪器的规格：电流表0～0.6A量程，电压表0～3V量程。滑动变阻器0～50Ω。此外，开关一个，导线若干。【实验器材】电流表，电压表，滑动变阻器，开关，两节电池，电池盒，一小电阻（可充当电源内阻），导线若干。【实验内容】 1．按下图接好电路。其中电流表用0.6安量程，电压表用3伏量程，滑动变阻器置于阻值最大位置。2．闭合开关，记下这时电流表和电压表的示数。依次减小滑动变阻器的阻值，读出相应的U、I值。将读数填入表1中。表1次数物理量12[34[56I（安） U（伏） 【数据处理】3．用公式法计算E，r。将第1、4次测得的U、I值代入公式，求出E和r。同理，由第2、5次，第3、6次的测量结果可求出相应的E和r。然后求出干电池的电动势和内电阻的平均值。4．用图象法求E，r在坐标纸上，用横轴表示电流I，纵轴表示路端电压U，选取适当比例，描出所记录的各组数据所对应的点，将这些点连成一条直线。如图，连线应使尽可能多的点在直线上，并使直线两边的点尽可能对称。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。讨论：将图线延长，与横纵轴的交点各代表什么情况？说明：①A、B两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。【注意事项】 1．由于干电池的内电阻较小（0.5欧～1.5欧），如果电路短路，电路中电流过大，会损坏电表和电池，因而调节滑动变阻器时要防止电阻为零的情况发生。2．一般来说干电池的电动势和内电阻是要变化的，随着电池使用时间的增加，它的电动势减小，内电阻增加。实验中使用电动势为1.4伏左右半新电池效果较好。如果是新电池，电动势在1.55伏到1.58伏之间，使用前应用小电流放一下电，使电动势降到1.5伏，并且稳定下来。3．实验时为了不使在外电阻较小时，电路中的电流长时间超过干电池的正常放电电流（0.3安），应使通电时间越短越好，只是在读取数据时让电路接通，否则易损伤电池。4．改变滑动变阻器的阻值时，最好让两个电表中的一个表的指针指整数格，每次的电阻值的变化适当大一些，可以减小读数误差，电表读数应多估计一位。5．图线坐标轴的单位长度取得是否合适，直接影响作图的准确性。图线的倾角最好接近45°，坐标原点可以不从零开始，比如纵坐标原点可从比测量时的最小电压稍小的某一电压值U0开始。但这时图线与横轴的交点I不再是短路电流，电源内电阻为6．电池的内阻若太小则不易测量，所以实验中用旧电池或者在电池外串一电阻充当电源内阻。【误差分析】实验中的误差属于系统误差，请同学们进一步讨论，得到的数值是偏大还是偏小？（提示：利用图线及合理的推理）可以请几位同学发言，最后得到结论。因为 电压表的分流作用所以 I真=I测＋IV即（I真-I测）↑，反映在图线上：当U=0时，IV→0 I→I真故r真＞r测 E真＞E测【典例分析】例在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中,所用电流表和电压表的内阻分别为0.1Ω和1kΩ.下面分别为实验原理图及所需的器件图.（1）.试在下图中画出连线,将器件按原理图连接成实验电路.（2）一位同学记录的6组数据见表.试根据这些数据在下图中画出U-I图线.根据图象读出电池的电动势E= V，根据图象求出电池内阻r= Ω.I(A)0.120.200.310.320.500.57U(V)1.371.321.241.181.101.05
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