2022物理第十七章实验第八节伏安法测定电源电动势和内阻学案
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第八节伏安法测定电源电动势和内阻
1.实验原理
(1)实验依据:闭合电路欧姆定律。
,解得(2)E和r的求解:由U=E-Ir得{U1=E-I1r
U2=E-I2r
E、r。
(3)用作图法处理数据,如右图所示.
①图线与纵轴交点为E;②图线与横轴交点为I短=错误!;③图线的斜率表示r=错误!。
2.实验器材
电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。
3.基本操作
(1)电流表用0。6 A的量程,电压表用3 V的量程,按实验原理图连接好电路。
(2)把变阻器的滑片移到使阻值最大的一端。
(3)闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显示数并记录一组数据(I1、U1)。用同样的方法再测量几组I、U值,填入表格中。
(4)断开开关,拆除电路,整理好器材.
规律方法总结
1.实验数据求E、r的处理方法
(1)列多个方程组求解,再求E、r的平均值。
(2)图象法处理:以路端电压U为纵轴,干路电流I为横轴,建坐标系、描点、连线,纵轴截距为电动势E,直线斜率k的绝对值为内阻r。
2.注意事项
(1)为了使路端电压变化明显,可使用内阻较大的旧电池。(2)电流不要过大,应小于0.5 A,读数要快。
(3)要测出不少于6组的(I,U)数据,变化范围要大些。
(4)若U-I图线纵轴刻度不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电流,内阻应根据r=|错误!|确定。
(5)电流表要内接(因为r很小)。
3.误差来源
(1)偶然误差:用图象法求E和r时作图不准确.
(2)系统误差:电压表分流。
例1图甲中E为电源,其电动势为E,R1为滑动变阻器,R2为电阻箱,A为电流表。用此电路,经以下步骤可近似测得A 的内阻R A:①闭合S1,断开S2,调节R1,使电流表的读数等于其量程I0;②保持R1不变,闭合S2,调节R2,使电流表的读数等于错误!,然后读出的值,取R A≈R2。
请按图甲所示电路在图乙所给出的实物图中画出连接导线.
【解答】看电路图连接实物图时,要按照一定的顺序进行,首先找到电源的正极,然后从正极出发,依次找到所需要连接的用电器,遇到并联,则先找到一条线进行连接,当整个电路连接回到负极之后,再将需要并联的用电器并联到相应的用电器两端,注意电流表、电压表量程的选择造成连接端口的不同,注意滑动变阻器的连接。具体连接如图丙所示。
丙
例2用伏安法测量定值电阻的阻值,备用器材如下:
待测电阻R x(阻值约为25 kΩ)
电流表A1(量程100 μA,内阻约为2 kΩ)
电流表A2(量程500 μA,内阻约为300 Ω)
电压表V1(量程10 V,内阻约为100 kΩ)
电压表V2(量程50 V,内阻约为500 kΩ)
电源E(电动势15 V,允许通过的最大电流1 A)
滑动变阻器R(最大阻值1 kΩ)
开关S,导线若干
为了尽量减小实验误差,要求测多组数据.
(1)电流表应选________,电压表应选________。
(2)画出实验电路图.
【解析】(1)器材选择(测量电路)
从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑,两电表及电表与电源间的配置要合理。注意到电源电动势远小于电压表V2的量程,而跟电压表V1的量程较接近,若选用电压表V2来测量电
压,其最大偏转量达不到量程的错误!,读数时偶然误差太大,所以选用V1较恰当;而此时通过电流表的最大电流I max约为错误!=400 μA ,因此,选用电流表A2。又因为R x=25 kΩ>错误!=错误!kΩ,所以测量电路应选内接法。
(2)电路选择(控制电路)
电路选择主要从滑动变阻器对电路的控制和调节的角度考虑。若采用限流电路控制,注意到测量部分的总电阻约为25 kΩ,远大于滑动变阻器的总电阻(1 kΩ),要保证电表安全,变阻器分得的电压至少为5 V,阻值应调到12。5 kΩ,显然,限流不能起到保证电表安全的作用,更不能进行有效调节,所以,只能采用分压电路.
【答案】(1)A2V1(2)图略
例3图中甲、乙是两组同样的器材实物图,用来测量待测电阻R的阻值,每组器材中包括:电池,开关,变阻器,电压表,电流表,待测电阻R,若干导线。
(1)如果待测电阻R的阻值比电压表的内阻不是小很多,但R 的阻值比电流表的内阻大很多,试在图甲中连线使之成为测量
电路;如果待测电阻R的阻值比电流表的内阻不是大很多,但R的阻值比电压表的内阻小很多,试在图乙中连线使之成为测量电路。
(2)如果已知上述电压表的内阻R V和电流表的内阻R A,对图甲和图乙中连成的测量电路,分别写出计算待测电阻的公式(用测得的量和给出的电表内阻来表示)。
【解答】(1)如下图所示,当待测电阻比电流表内阻大很多,而与电压表内阻比较接近的时候,应选用内接法;当待测电阻比电压表内阻小很多,而与电流表内阻比较接近的时候,应选择外接法。因为电压要从零开始尽量多的取值,所以滑动变阻器要分压接入。
(2)用图甲线路时,R=错误!……①。图甲电流表内接,则电阻R 两端实际电压为电压表所测电压减去电流表两端所分的电压,即U-IR A,除以流过电阻的电流即为待测电阻的阻值。
用图乙线路时,R=错误!……②。图乙为电流表外接,则流经电阻R的电流的实际大小为电流表所测得的电流减去流经电压表的电流的大小,即I-错误!.
1.某同学用伏安法测电阻,分别采用电流表内接法和外接法,测量某R x的阻值分别为R1和R2,则测量值R1、R2和真实值R x 之间的关系是()
A.R1>R x>R2B.R1<R x<R2
C.R1>R2>R x D.R1<R2<R x
2.用伏安法测一只阻值约10 Ω的电阻,采用如图所示的电路,所用电源电动势为6 V,内阻为0.1 Ω,可变电阻的最大值为10 Ω,选用下列哪一组电流表、电压表最合适()
A.0~0。6 A、0~3 V B.0~0。6 A、0~15 V
C.0~3 A、0~3 V D.0~3 A、0~15 V 3.(2015·四川)用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值R x。已知电池的电动势约6 V,电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有:
电流表A1(量程0~30 mA);
电流表A2(量程0~100 mA);
电压表V(量程0~6 V);