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    【精品】届高中物理基础复习课件:7.5测定电源的电动势和内阻

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    高中物理人教版 (新课标)选修32 电动势复习ppt课件

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    这是一份高中物理人教版 (新课标)选修32 电动势复习ppt课件,共15页。PPT课件主要包含了数据处理,~10,电压表的分流等内容,欢迎下载使用。


    四、实验步骤 1.连接电路,如图所示。电流表取0.6A量程,电压表取3 V量程,移动触头位置,使开关刚闭合时,连入电路中的有效阻值最大。
    2.测几组(I,U)值。闭合开关,移动变阻器触头位置,使电流表有明显示数,记下一组(I,U)值;断开开关,用同样方法,多次移动变阻器触头位置,记录多组(I,U)值,然后填入表格中。 3.断开开关,拆除电路,整理好器材。
    本实验一般利用作出U-I图线的方法处理实验数据 1.建立坐标系、描点。纵轴表示电压,横轴表示电流,取合适的标度,使所描绘的图线分布绝大部分坐标纸,必要时纵坐标可以不从零开始计数。 2.根据描出的坐标点作出U-I图象。应使图象尽量多地通过描出的点,不在图象上的点要尽量对称地分布于图线两侧。对于个别离图线较远的点,误差很大,应坚决舍弃。如图所示。 3.测算电动势和内阻 (1)图线与纵轴交点为E。 (2)图线与横轴交点为I短=E/r。 (3)图线的斜率的绝对值表示r=|U/I|。
    六、注意事项 1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻应选的大些(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。 3.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,类似于逐差法,要将测出的I、U数据中,第1和第4组为一组,第2和第5组为一组,第3和第6组为一组,分别解出E、r值再求平均。 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.干电池内阻较小时,U的变化较小,此时,坐标图中数据点将呈现如图 (甲)所示的状况,使下部大面积空间得不到利用。为此,可使纵坐标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),如图 (乙)所示,并且把纵坐标的比例放大,可使结果的误差减小。此时图线与横轴交点不表示短路电流,而图线与纵轴的截距仍为电动势。要在直线上任取两个相距较远的点,用r=|U/I|计算出电池的内阻r。
    七、误差分析 1.测量电路存在系统误差,I真=I测+IV中未考虑电压表的分流作用。 2.由于接线不紧,易造成接触电阻,使内阻测量值偏大。 3.每次读完电表示数后,没有立即断电,而是长时间闭合开关S,甚至在改变滑动变阻器阻值的全过程中始终放电,造成电池电动势E下降,内阻r增大。 4.用图象法求E和r时,由于作图不准造成的偶然误差。
    【例1】用图所示的电路,测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小,为了防止在调节滑动变阻器时 造成短路,电路中用一个定值电阻R0起保护作用。除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有: (a)电流表(量程0.6A、3A); (b)电压表(量程3 V、15V); (c)定值电阻(阻值1、额定功率5 W); (d)定值电阻(阻值10,额定功率10W); (e)滑动变阻器(阻值范围0~10、额定电流2A) (f)滑动变阻器(阻值范围0~100 、额定电流1A) 那么 (1)要正确完成实验,电压表的量程应选择___V,电流表的量程应选择____A;R0应选择___的定值电 阻,R应选 择阻值范围是_______的滑动变阻器。 (2)引起该实验系统误差的主要原因是_______________。
    【解析】由于电源是一节干电池(1.5 V),所以选量程为3V的电压表;估算电流时,考虑到干电池的内阻一般几欧左右,加上保护电阻,最大电流在0.5 A左右,所以选量程为0.6 A的电流表;由于电池内阻很小,所以保护电阻不宜太大,否则会使得电流表、电压表取值范围小,造成的误差大;滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了,取0~10 能很好地控制电路中的电流和电压,若取0~100 会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。 关于系统误差一般是由测量工具和所用测量方法造成的,一般具有倾向性,总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小,造成E测<E真,r测<r真。
    测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4.5 V,r约为1.5 )。器材:量程3V的理想电压表 ,量程0.5A的电流表 (具有一定内阻),固定电阻R= 4 ,滑动变阻器R,开关S,导线若干。(1)画出实验电路原理图。图中各元件需用题目中给出的符号或字母 标出。(2)实验中,当电流表读数为I1时,电压表读数为U1;当电流表读数为 I2时,电压表读数为U2。则可以求出E=_________,r=_________。 (用I1、I2、U1、U2及R表示)
    【例2】“用电流表和电压表测定电源的电动势E和内阻r”,所用的电路如图所 示,一位同学测得的6组数据如下表中所示。 (1)试根据这些数据,在图中作出U-I 图线; (2)根据图线得出电源的电动势E=_______V,内 阻r=______; (3)若不作出图线,只选用其中两组U和I的数据, 可利用公式E=U1+I1r 和E=U2+I2r算出E和r,这 样做可能得出误差很大的结果。选用第___组 和第____组的数据,求得E和r误差最大。
    【解析】(1)图线如图所示 E=1.45V,r=0.70 (3)第3组和第4组数据。 作图线时,应把个别不合理的数据排除,由直线与纵轴的交点可读出电动势E=1.45 V,再读出直线与横轴的交点的坐标(U,I),连同得出的E值代入E=U+Ir中,得r=(E-U)/I=(1.45-1.10)/0.50 =0.70 。 选用第3组和第4组数据,求得的E和r误差最大。不需要利用所给的6组数据分别进行计算,利用作图就可看出这一点。选用这两组数据求E和r,相当于过图中3和4两点作一直线,利用此直线求出E和r,而此直线与所画的直线偏离最大,实际上第4组数据不合理,已经排除。
    用图象法处理数据是该实验的一个重点,在高考中经常出现。需要注意两点: (1)作图时,应使尽量多的点分布在直线上,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,个别离直线较远的点可忽略。 (2)如果U-I图象坐标原点是U轴、I轴的零点,那么图线与U轴交点表示电动势E,与I轴交点坐标表示电源短路电流,内阻r=E/I短;当然,电源内阻也可以用r=U/I求得。因此,要特别注意看纵坐标的起点是不是零。
    图甲是利用两个电流表 和 测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图。图中S为开关,R为滑动变阻器,固定电阻R1和 内阻之和为10 000 (比r和滑动变阻器的总电阻都大得多), 为理想电流表。(1)按电路原理图在图乙虚线框内各实物图之间画出连 线。
    (2)在闭合开关S前,将滑动变阻器的滑动端c移动至_____(填“a 端”、“中央”或“b端”)。(3)闭合开关S,移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置,读出电 流表 和 的示数I1和I2。多次改变滑动端c的位置,得到 的数据为 在如图所示的坐标纸上以I1为纵坐标、 I2为横坐标画出所对应的I1-I2曲线。(4)利用所得曲线求得电源的电动势E= _____V,内阻r=_____。(保留两位 小数)(5)该电路中电源输出的短路电流Im=___A。
    【答案】(1)连线如图甲所示 (2)b端 (3)如图乙所示 (4)1.49(1.48~1.50范围内同样给分) 0.60(0.55~0.65范围内同样给分) (5)2.5(2.3~2.7范围内同样给分)
    考点3 实验拓展创新
    【例3】在测量电源的电动势和内阻的实验中,由于所用电压表(视为理想电压表)的 量程较小,某同学设计了如图所示的实物电路。 (1)实验时,应先将电阻箱的电阻调到________。(选填“最大值”、“最小值”或“任 意值”) (2)改变电阻箱的阻值R,分别测出阻值R0=10 的定值电阻两端的电压U,下列 两组R的取值方案中,比较合理的方案是____。(选填“1”或“2”) (3)根据实验数据描点,绘出的1/U-R图象是一条 直线。若直线的斜率为k,在1/U坐标轴上的 截距为b,则该电源的电动势E=_____,内阻 r=______。(用k、b和R0表示)
    【解析】(1)实验时,应使电路中的电阻阻值最大,所以应先将电阻箱的电阻调到最大。 (2)方案1中R的阻值与R0相差较大,则R0两端的电压过小,电压表的示数过小,不能准确测量R0两端的电压,所以方案1不合理,方案2中R的阻值与R0相差较小,R0两端的电压较大,电压表的示数较大,所以方案2比较合理。 (3)根据闭合电路欧姆定律有 E=(U/R0)(R0+R+r) 1/U=[1/(ER0)]R+(R0+r)/(ER0) 由k=1/(ER0)得E=1/(kR0) 由b=(R0+r)/(ER0)得r=b/k-R0
    本题是一道设计型实验题,近几年高考中电学实验较多,几乎年年都考,试题灵活,考查范围广,在注重素质教育、注重能力考查的趋势下,更应重视电学实验的研究,并通过研究性学习,培养学生自主设计实验能力和多角度探索实验结论的能力。

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