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高考必须掌握的实验 实验十一:测定电源的电动势和内阻


高考必须掌握的实验
实验十一:测定电源的电动势和内阻, (用电流表和电压表测)
[实验目的]:测定电池的电动势和内电阻。 [实验原理] 如图所示,改变 R 的阻值,从电压表和电流表中读出几组 I、U 值,利用闭合电路的欧 姆定律求出几组 、r 值,最后分别算出它们的平均值。 此外,还可以用作图法来处理数据。即在坐标纸上以 I 为横坐标,U 为纵坐标,用测出 的几组 I、U 值画出 U-I 图象(如图 2)所得直线跟纵轴的交点即为电动势值,图线斜率的 绝对值即为内电阻 r 的值。 [实验器材] 待测电池,电压表(0-3V) ,电流表(0-0.6A) ,滑动变阻器(10Ω) ,电键,导线。 [实验步骤] 1.电流表用 0.6A 量程,电压表用 3V 量程,按电路图连接好电路。 2.把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。 3.闭合电键,调节变阻器,使电流表有明显示数,记录一组数据(I1、U1) ,用同样方法测 量几组 I、U 的值。 4.打开电键,整理好器材。 5.处理数据,用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。 [注意事项] 1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已使用过一段时间的 1 号 干电池。 2.干电池在大电流放电时,电动势 会明显下降,内阻 r 会明显增大,故长时间放电不宜 超过 0.3A,短时间放电不宜超过 0.5A。因此,实验中不要将 I 调得过大,读电表要快,每次读 完立即断电。 3.要测出不少于 6 组 I、U 数据,且变化范围要大些,用方程组求解时,要将测出的 I、U 数据中, 第 1 和第 4 为一组, 第 2 和第 5 为一组, 第 3 和第 6 为一组, 分别解出 、 r 值再平均。 4.在画 U-I 图线时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在 U/V 直线的两侧。个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样,就可使偶然误差 得到部分的抵消,从而提高精确度。 5. 干电池内阻较小时路端电压 U 的变化也较小, 即不会比电动势小很多, 这时,在画 U-I 图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据测得的数据从 某一恰当值开始(横坐标 I 必须从零开始) 。但这时图线和横轴的交点不再是短 路电流。不过直线斜率的绝对值照样还是电源的内阻。 外电路断开时,用电压表测得的电压 U 为电动势 E U=E

R

A V

S

3.0 2.0 1.0 o 0.2 0.4 0.6 I/A

原理:根据闭合电路欧姆定律:E=U+Ir,

E ? u 1 ? I1 r E ? u 2 ? I2r

E?

I1 u 2 - I 2 u 1 u -u r? 2 1 I1 - I 2 I1 - I 2

(一个电流表及一个电压表和一个滑动变阻器)
①单一组数据计算,误差较大 ②应该测出多组(u,I)值,最后算出平均值 ③作图法处理数据,(u,I)值列表,在 u--I 图中描点,最后由 u--I 图线求出较精确的 E 和 r。

本实验电路中电压表的示数是准确的,电流表的示数比通过电源的实际电流小,

所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的。为了减小这个系统误差,电阻 R 的取值 应该小一些,所选用的电压表的内阻应该大一些。 为了减小偶然误差,要多做几次实验,多取几组数据,然后利用 U-I 图象处理实验数据: 将点描好后,用直尺画一条直线,使尽量多的点在这条直线上,而且在直线两侧的点数大致 相等。这条直线代表的 U-I 关系的误差是很小的。 它在 U 轴上的截距就是电动势 E(对应的 I=0) ,它的斜率的绝对值就是内阻 r。 (特别要注意:有时纵坐标的起始点不是 0,求内阻的一般式应该是 r ?

?U 。 ?I

为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些(选用使用过一段时间的 1 号电池)

补充实验:1.伏安法测电阻
伏安法测电阻有 a、b 两种接法,a 叫(安培计)外接法,b 叫(安培计)内接法。 ①估计被测电阻的阻值大小来判断内外接法: 外接法的系统误差是由电压表的分流引起的,测量值总小于真实值,小电阻应采用外接法; 内接法的系统误差是由电流表的分压引起的,测量值总大于真实值,大电阻应采用内接法。 ②如果无法估计被测电阻的阻值大小,可以利用试触法:
如图将电压表的左端接 a 点,而将右端第一次接 b 点,第二次接 c 点,观察电流表和电压表的变化,

若电流表读数变化大,说明被测电阻是大电阻,应该用内接法测量; 若电压表读数变化大,说明被测电阻是小电阻,应该用外接法测量。 (这里所说的变化大,是指相对变化,即Δ I/I 和Δ U/U) 。 V V

A A R a a (1)滑动变阻器的连接 R b 滑动变阻器在电路中也有 a、b 两种常用的接法:a 叫限流接法,b 叫分压接法。

分压接法:被测电阻上电压的调节范围大。
当要求电压从零开始调节,或要求电压调节范围尽量大时应该用分压接法。 用分压接法时,滑动变阻器应该选用阻值小的; “以小控大” 用限流接法时,滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的。 (2)实物图连线技术 无论是分压接法还是限流接法都应该先把伏安法部分接好; 对限流电路: 只需用笔画线当作导线,从电源正极开始,把电源、电键、滑动变阻器、伏安法四部分依次 串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程,滑动变阻器应调到 阻值最大处) 。 对分压电路, 应该先把电源、 电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来, 然后在滑动变阻器 电阻丝两端之中任选一个接头,比较该接头和滑动触头两点的电势高低, 根据伏安法部分电表正负接线柱的情况,将伏安法部分接入该两点间。


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