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2.9实验:测定电源电动势和内阻
【学习目标】
1、了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。
2、学习用图象法处理实验数据。
【重难点】
重点:掌握实验原理和方法,学会处理实验数据。
难点:用图象法处理实验数据。
【合作探究】
1.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。
2、电路选择及误差分析
VA..E
V
A
.
.
E
r
图2
RE
V
A
.
.
E
r
图1
RE
图2:误差来源于电流表的分压作用
实验时采用1图所示电路误差较小
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)本实验在电键闭合前,变阻器滑片应置于阻值最大位置处。
(2)使用内阻较大一些的旧电池. 在实验中不要将电流调得太大,一般小于0.5A。每次读完数后立即断电,以免使电动势和内阻发生变化。
(3)要测出不小于6组I、U数据,且变化范围要大一些
(4)安培表一般选0-0.6A档,伏特表一般选0-3V档。
(5)测量误差:E、r测量值均小于真实值。
6.数据处理:
方法一:公式法
改变R的阻值,从电流表和电压表中读取两组I、U的值,代入方程组联立求解,多测量几次I、U的值,算出E、r取平均值.
解,得
方法二:图象法
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6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。
将图线两侧延长,分别交轴与A、B点。
A点意味着断路情况,它的纵轴截距就是电源电动势E。
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,画U-I 图线时,可以将纵轴的坐标不从零开始,而是根据测得的数据从某一恰当的值开始(但横坐标必须从0开始)这时图线与横轴的交点不再是短路电流,而图线与纵轴的截距仍为电动势E,图线的斜率的绝对值仍为内阻r。
7.误差分析:
实验中的误差属于系统误差,得到的数值是偏大还是偏小?(提示:利用图线及合理的推理)
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
【实验数据记录】
U/V
I/A
建立坐标系,画出U-I图像:
【知识延伸】其他方法介绍:
.。
.
。..
E
r
图3
。..
。..
K
R1K
R21K
1
2
K1
V
.
.
E
r
图4
K
R
.
.
V
Er
E
r
图2
A
K
R
.
。..
E
r
图1
。..
。..
K
R1K
R21K
1
2
A
K1
1、I-R法:电路如图1、图2所示。
由
2、U-R法:电路如图3、图4所示。
由
3、这种接法不可取的原因:
分析: 图3—48作为测量实验电路不可取。因为由于电流表的分压UA的影响,使电压表的测量值小于电池的端电压U端=U真,而有U真=U端+UA的关系。且UA=IRA,故电流I越大,UA也越大,当电路断开时,U端=U真,即图3—49(乙)中的A点。
实测的图线为AB,当将电流表内阻看成内电路的一部分时(
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