物理實(shí)驗(yàn)測定電源的電動勢和內(nèi)阻考點(diǎn)總結(jié)(已修改)
2024-09-05 17:26 本頁面
【正文】 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．測定電源的電動勢和內(nèi)阻． 2．加深對閉合電路歐姆定律的理解． 3．掌握用圖象法求電動勢和內(nèi)阻的方法． 二、實(shí)驗(yàn)原理 如圖實(shí)－ 9－ 1甲所示，改變滑動變阻器的阻值，從電壓表和電流表中讀出兩組對應(yīng)的數(shù)值 (U1， I1)和 (U2， I2)，由閉合電路歐姆定律可得： U1＝ E－ I1r， U2＝ E－ I2r，可解出 E、r的數(shù)值．然后求 E、 r的平均值． 圖實(shí)－ 9－ 1 為減少誤差，多測量幾組 U、 I值，然后在 U－ I圖中描點(diǎn)作圖．所得圖線的延長線與 U軸的交點(diǎn)即為電動勢 E，圖線斜率的絕對值即為電源的內(nèi)阻 (r＝ )(如圖實(shí)－ 9－ 1乙所示 )． 三、實(shí)驗(yàn)器材 電池 (被測電源 )、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、 導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、鉛筆． 四、實(shí)驗(yàn)操作 1．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)電流表用 A量程，電壓表用 3 V量程，按圖實(shí)－ 9－ 1甲所 示連接好電路． (2)把滑動變阻器的滑片移動到使接入電路的阻值最大的一端． (3)閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù) 據(jù) (I1， U1)．用同樣方法測量幾組 I、 U值，填入表格中 . (4)斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材． 第 1組 第 2組 第 3組 第 4組 第 5組 第 6組 U/V I/A 2．?dāng)?shù)據(jù)處理 本實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的處理方法，一是聯(lián)立方程求解的公式法，二是描點(diǎn)畫圖法． 方法一： 取六組對應(yīng)的 U、 I數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)滿足的關(guān)系式 U1＝ E－ I1r、 U2＝ E－ I2r、 U3＝ E－ I3r? 讓第 1式和第 4式聯(lián)立方程，第 2式和第 5式聯(lián)立方程，第 3式和第 6式聯(lián)立方程，這樣解得三組 E、 r，取其平均值作為電池的電動勢 E和內(nèi)阻 r的大?。? 方法二： 以路端電壓 U為縱軸、干路電流 I為橫軸建立 U－ I坐標(biāo)系，在坐標(biāo)平面內(nèi)描出各組 (U， I)值所對應(yīng)的點(diǎn)，然后盡量多地通過這些點(diǎn)作一條直線，不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)，則直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即是電池電動勢的大小 (一次函數(shù)的縱軸截距 )，直線的斜率的大小即為電池的內(nèi)阻 r，即 r＝ | |. 五、注意事項(xiàng) 1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些 (選 用已使用過一段時(shí)間的干電池 )． 2．要測出不少于 6組的 (I， U)數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，然 后用方程組求解，并求平均值． 3．畫 U－ I圖線時(shí)，由于讀數(shù)的偶然誤差，描出的點(diǎn)不在一 條直線上，在作圖時(shí)應(yīng)使圖線通過盡可能多的點(diǎn)，并使不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去．這樣就可使偶然誤差得到部分抵消，從而提高精確度． 4．由于干電池的內(nèi)阻較小，路端電壓 U的變化也較小，這 時(shí)畫 U－ I圖線時(shí)，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始 (橫坐標(biāo) I必須從零開始 )．但這時(shí)圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流，而圖線與縱軸的截距仍為電源電動勢，圖線斜率的絕對值仍為內(nèi)阻． 六、誤差分析 1．由讀數(shù)不準(zhǔn)確和電表線性不良引起誤差． 2．用圖象法求 E和 r時(shí)，由于作圖不準(zhǔn)確造成的誤差． 3．如圖實(shí)－ 9－ 2所示，在理論上 E＝ U＋ (IV＋ IA)r，其中電 壓表示數(shù) U是準(zhǔn)確的電源兩端電壓．而實(shí)驗(yàn)中忽略了通過電壓表的電流 IV而形成誤差，而且電壓表示數(shù)越大，IV越大． 圖實(shí)－ 9－ 2 結(jié)論： (1)當(dāng)電壓表示數(shù)為零時(shí)， IV＝ 0， IA＝ I短 ，短路電流測量值＝ 真實(shí)值． (2)E測 E真． (3)因?yàn)?r測 ＝ ，所以 r測 r真． 從電路的角度看，電壓表應(yīng)看 成內(nèi)電路的一部分，故實(shí)際測出的是電池和電壓表這一整體的等效內(nèi)阻和電動勢 (r測 和 E測 )，如圖實(shí)－ 9－ 2所示，因?yàn)殡妷罕砗碗姵夭⒙?lián)，所以 r測 小于電池內(nèi)阻 r真 ，因?yàn)橥怆娮?R斷開時(shí) a、 b兩點(diǎn)間電壓 Uab等于電動勢 E測 ，此時(shí)電源與電壓表構(gòu)成回路，所以 UabE真 ，即 E測 E真． 4．若采用圖實(shí)－ 9－ 3所示的電路， IA為電源電流真實(shí)值， 理論上有 E＝ U＋ UA＋ IAr，其中 UA不可知，而造成誤差，而且電流表示數(shù)越大， UA越大，當(dāng)電流為零時(shí)， UA＝ 0，電壓為準(zhǔn)確值，等于 E. 圖實(shí)－ 9－ 3 結(jié)論： (1)E為真實(shí)值． (2)I短測 I短真． (3)因?yàn)?r＝ ，所以 r測 r真 ， r測 為 r和 RA的串聯(lián)值，這時(shí) r測 的測量誤差非常大． (2020蘇北四市調(diào)研 )在用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中： (1)備有如下器材： A．干電池 1節(jié)； B．滑動變阻器 (0～ 20 Ω)； C．滑動變阻器 (0～ 1 kΩ)； D．電壓表 (0～ 3 V)； E．電流表 (0～ A)； F．電流表 (0～ 3 A)； G．開關(guān)、導(dǎo)線若干． 其中滑動變阻器應(yīng)選 ________，電流表應(yīng)選
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