电学实验专题：_测电源的电动势和内阻.doc

电学实验专题 测电源的电动势和内阻 一、实验目的 1．测定电源的电动势和内阻． 2．加深对闭合电路欧姆定律的理解． 3．掌握用图象法求电动势和内阻的方法． 二、实验原理 器材 电压表、电流表、滑动变阻器 电压表、电阻箱 电流表、电阻箱 电路 原理 E=U+Ir E=U(1+r/R) E=I(R+r) 还可以借助两个电压表(已知其中一个内阻RV1)或两个电流表(已知其中一个内阻RG)测量。 ：在伏安法测量的实验中，要注意以下事项： 1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的干电池)． 2．在实验中不要将I调得过大,每次读完U和I的数据后应立即断开电源,以免干电池在大电流放电时极化现象严重,使得E和r明显变化. 3．要测出不少于6组的(I，U)数据，且变化范围要大些，然后用方程组求解，并求平均值． 4.在画U—I图线时,要使尽可能多的点落在这条直线上.不在直线上的点应对称分布在直线两侧,不要顾及个别离开直线较远的点,以减小偶然误差. 5．由于干电池的内阻较小，路端电压U的变化也较小，这时画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，而图线与纵轴的截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻 三、数据处理 方法一：联立方程求解的公式法 方法二：描点作图法． 公式法： 电流表、电压表 E=U+Ir U路端电压，I干电流 电流表、电阻箱 E=I(R+r) I1、I2是电阻箱分别取和时电流表读数 电压表、电阻箱 E=U(1+r/R) U1、U2是电阻箱分别取和时电压表读数 作图法： 直线方程 纵轴截距 斜率大小 伏安法 E=U+Ir U=E-Ir U-I图像 E r= 电阻箱、电流表法 E=I(R+r) 1/I=R/E+r/E 1/I-R图像 r/E 1/E 电阻箱、电压表法 E=U(1+r/R) 1/U=r/E·1/R+1/E 1/U-1/R图像 1/E r/E 1/R=E/r·1/U-1/r 1/R-1/U图像 -1/r E/r U=E-U/R·r U-U/R图像 E R  四、误差分析 1．由读数不准确和电表线性不良引起误差． 2．用图象法求E和r时，由于作图不准确造成的误差． 3．由于实验电路及电压表、电流表内阻的影响，引起的系统误差。（电压表分流、电流表分压） 测量方法 系统误差 伏安法 内接法 E测E真 r测r真 外接法 E为真实值 r测r真 安阻法 E为真实值 r测r真 伏阻法 E测E真 r测r真 两电流表法或两电压表法 无系统误差 图像分析法：采用如右图所示的电路，在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是准确的电源两端电压．而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大． 结论：(1)当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短， 短路电流测量值＝真实值． (2)E测E真． (3)因为r测＝ ，所以r测r真． 从电路上分析,由于实验把变阻器的阻值R看成是外电路的电阻,因此伏特表应看成内电路的一部分,故实际测量出的是电池和伏特表这一整体的电动势和等效内阻(如图中虚线所示),因为伏特表和电池并联,所以等效内阻r测应等于电池真实内阻值r和伏特表电阻RV的并联值,即r测＜r真.此时如果断开外电路,则电压表两端电压U等于电动势测量值,即U=E测,而此时伏特表构成回路,所以有U＜E真,即E测＜E真. 图像分析法：采用如右图所示的电路，理论上有E＝U＋UA＋IAr，IA为电源电流真实值，其中UA不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，UA越大， 结论： (1) 当电流表示数为零时，IA＝0，断路时电压测量值=E真实值． (2)I短测I短真． (3)因为r＝ ，所以r测r真，r测为r和RA的串联值，这时r测的测量误差非常大． 从电路上分析，把滑动变阻器作为外电路,因此安培表应看做内电路的一部分, 故实际测量出的是电池和安培表这一整体的电动势和等效内阻(如图中虚线所示) ，因为安培表和电池串联,所以等效内阻r测应等于电池真实阻值r真和安培表电阻RA之和,即r测=r真+RA＞r真,此时如果断开外电路,则电流为零,安培表两端电势相等,等效电源的电动势E测就是电源电动势的真实值E真,即E测=E真.  例1.(2010·苏北四市调研)在用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻的实验中： (1)备有如下器材： A．干电池1节； B．滑动变阻器(0～20 Ω)； C．滑动变阻器(0～1 kΩ)； D．电压表(0～3 V)； E．电流表(0～0.