2012实验：测定电池的电动势和内阻1

实验：测定电池的电动势和内阻一、实验方法和原理rIUErIUE22112112211221IIUUrIIUIUIE1、伏安法：E=U+Ir2、安阻法：E=I（R+r）3、伏阻法：rRUUE二、伏安法电路和器材的选择1、电路选择及误差分析AVS甲RAVS乙R甲图：乙图：EE测ArrRr测实验时采用甲图所示电路误差较小误差来源于电压表的分流作用误差来源于电流表的分压作用E测＜Er测＜r真实值测量值vA真实值测量值2、仪器选择：安培表：0~0.6A伏特表:0~3V滑动变阻器:选用阻值较小的,最大阻值10~20Ω三、实验步骤1：按原理图连接实物图AVS甲R2、把变阻器的滑片移到一端使电阻值最大3、闭合电键，调节变阻器，使电流表的读数有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几组U，I值。4、断开电键，整理好器材四、数据处理方法一：公式法改变R的阻值，从电流表和电压表中读取两组I、U的值，代入方程组联立求解，多测量几次I、U的值，算出E、r取平均值.rIUErIUE22112112211221IIUUrIIUIUIE方法二：图象法在坐标纸上以Ｉ轴为横坐标，Ｕ为纵坐标，用测出几组的Ｕ，Ｉ值画出Ｕ－－Ｉ图像所得直线跟纵轴的交点即为电动势E的值，图线的斜率的绝对值即为内阻的值。UrkIOI/AU/V.E.思考：考虑电压表的分流作用，大致画出U-I真实图线EIr短I/A乙0.51.01.5U/V0.20.30.40.500.1I/AU/V0.10.20.30.40.51.11.21.41.3丙1.5五.重要注意事项:（1）本实验在电键闭合前，变阻器滑片应置于阻值最大位置处（2）使用内阻较大一些的旧电池。在实验中不要将电流调得太大，每次读完数后立即断电，以免使电动势和内阻发生变化（3）要测出不小于4组Ｉ、Ｕ数据，且变化范围要大一些（4）画Ｕ—Ｉ图线时，应使图线通过仅可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去。（5）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的值开始（但横坐标必须从0开始)但这时图线与横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势E，图线的斜率的绝对值仍为内阻r.六：设计测E、r的其它方法及对应的误差分析I-R法：R1AR2K1K2ARKEE测ArrRr测U-R法：VRKK2R1VR2K1EE测rr测一．表面结构多用电表测内阻１．表盘分清三条刻度线所测量的物理量最下面的一条刻度线分布不均匀（开始阶段较密集），是用来测交流电压的．最上面的刻度线右端标有“0”，从右向左，刻度线依次变密，是用来测电阻的；中间的刻度线共50个小格，分布均匀，是用于测电流和直流电压的；1.使用电流档和电压档时，都不用内电源，必须要有外电源；使用欧姆档时，只能使用内电源，不能再有外电源．2.不管使用电流档、电压档还是欧姆档时，电流都从多用电表的红表笔流入多用电表，从黑表笔流出多用电表标．以保证电流表能从左向右偏转．注意：使用欧姆档时，红表笔接内部电源的负极，黑表笔接内部电源的正极．3.多用电表的欧姆档刻度不均匀，只有中央部分便于观察，所以使用欧姆档，要尽量使指针偏转到中央附近；而电流档和电压档则是越接近满偏时误差越小，所以使用电流档和电压档，要尽量使指针的偏转角度大一些．三．欧姆档的测量原理根据闭合回路的欧姆定律测量R、Rg和r均为定值电阻电流I与待测电阻Rx之间存在着一一对应的函数关系，因此可以通过电流的测量达到测量电阻的目的．在刻度盘直接标出与电流I对应的电阻Rx值，可以从刻度盘上直接读出被测量电阻的阻值．由于I和Rx是非线性关系，所以刻度不均匀，由于是减函数，所以刻度方向与电流档相反．)()(xgxRfrRRREI２.欧姆调零.当两表笔接触时，Rx=0，此时电流调到满偏值,对应电阻值为零,刻度0１.机械调零．当两表笔间不接电阻时（即不接触），指针不偏，电阻无限大，刻度无限大欧姆表的刻度RErRREIgg)(3.中值电阻等于欧姆档的内阻．RREIxg2因此欧姆档的不同倍率内阻不同．四．欧姆档的测量步骤1．机械调零．检查多用电表的指针是否停在表盘零刻度线，若不指零，可用小螺丝刀旋动定位螺丝使指针指在左端电流零刻度处．2．选择合适挡：由于欧姆表的中值电阻是几十欧姆，而用欧姆档测电阻时指针指到中央附近读数比较准确，因此所选倍率比待测电阻的估计值小一个数量级．3．欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整调零电阻旋钮使指针指在欧姆表零刻度线位置，若“欧姆零点”旋钮右旋到底也不能调零，应更换表内电池。4．测量读数：将表笔搭接在待测电阻两端，如果指针在中央附近，表针示数乘以倍率，即为待测电阻的阻值。如果指针靠近左右两端，可根据“大量程大角度偏，小量程小角度偏”规律选择合适倍率重新调零，按步骤3、4进行．5．多用电表用完后，将选择开关置于“OFF”挡或交变电压的最高挡，拔出表笔。大量程大角度偏小量程小角度偏换档重新调零测量完毕旋离示数不用估读示数要乘倍率2011高考电学实验总复习用电压表测电压用电流表测电流外接法？内接法？为减小误差，多测几组数据，求平均值滑动变阻器限流式？分压式？AVAV1.原理URIIUR一伏安法测电阻“同一性”2.电路限流器电路，安培表内接法RXAV··限流器电路，安培表外接法RXAV分压器电路，安培表内接法分压器电路，安培表外接法RXAVRXVA1.什么是测量值和真实值？3.如何减少误差？2.测量值本质上测得是什么量？根据测量值如何求真实值？4.什么情况下用外（内）接法？伏安法测电阻之内接外接3.测量电路的选择内接法RXVA··RXAV··外接法xAxRxARxRRRIUUIUR＝＝测测测由于电流表分压引起的。误差产生的原因:若时，采用电流表内接法XRARxVxVxVRxRxRRRRRIIUIUR＝＝测测测由于电压表分流引起的。误差产生的原因：内接法RXVA··RXAV··外接法XRVR若时，采用电流表外接法。①比值法b.选择方法：内接法与外接法的选择a.条件：已给出R的估计阻值内接法RXVA··RXAV··外接法结论：与哪个比值大Rx就与对应表“近接”RARxRVRx若时，采用电流表内接法。XRARXRVR若时，采用电流表外接法。②试触法b.选择方法：将电压表分别接a、b两点结论：两次接触，那个表示数变化明显,Rx就与那个表“近接”a.条件：未给出RX的估计阻值RXVA··Pab如果电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强，不满足RXRV,不适应用电流表的外接法．应用电流表的内接法．安培表和伏特表示数变化显著（明显）的标志是它们的示数的变化量（绝对误差）占原来值的百分比大．（相对误差）从另一个角度来看，电压表的示数没有显著变化，说明电流表的分压作用很弱，满足RXRA,应选用内接法．P应接在b处。例1.一个未知电阻Rx无法估计其电阻值，某同学用伏安法测电阻的两种电路各测量一次，如图所示，按甲图测得数据是3.0V、3.0mA,按乙图测得数据是2.9V、4.0mA,由此可知按＿＿＿图所示的电路测量的误差较小，Rx的真实值更接近于＿＿＿＿Ω。甲1000思考1：Rx的真实值大于还是小于1000Ω？小于思考2：若已知电流表内阻为0.1Ω,那么Rx的真实值是多大？999.9Ω甲RXVA··RXAV··乙1.在限流器电路和分压器电路中待测电阻的电压的变化范围如何？2.在限流器电路和分压器电路中，滑动变阻器的阻值与待测电阻相比大一些调节方便还是小一些调节方便？4.什么情况下滑动变阻器采用限流器电路？什么情况下采用分压器电路？3.在限流器电路和分压器电路中，在合上开关以前，滑动变阻器的触头应处于什么位置？伏安法测电阻之限流分压RX分压器电路RX限流器电路负载RX的电压调节范围可见滑动变阻器的总阻值R越大，电阻RX两端电压的变化范围越大。变阻器总阻值R是Rx的2--5倍时，限流接法对电流、电压控制作用显著，这样既便于调节,用电器两端电压变化范围又比较大.(1)限流电路在合上开关以前，一定要使滑动变阻器所使用的阻值最大．RXPabERr=0EERRRXX如果题目没有要求待测电阻两端的电压从零开始连续可调，也没有要求多测几组数据，而且滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值大，并且在滑动变阻器连成限流电路时能保证电表和待测电阻正常工作，这时应从节省电能（）和电路简单考虑，选用限流电路。EIP＝源(2)分压电路RXPabERr=0负载RX的电压调节范围0---E在合上开关以前，一定要使滑动变阻器滑动头的初始位置置于a端．以使负载上的电压和电流最小．（均为零）滑动变阻器的总阻值R越小，越便于调节用电器两端电压．一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻,在0.1—0.5倍之间为好。要求测量结果尽量准确，需要多测几组数据；要求待测电阻两端电压变化范围较大；或要求从零开始连读可调，应选分压电路。如果滑动变阻器的全阻值比待测电阻的阻值小得多，为了能使待测电阻两端电压有较大变化，应选分压电路。如果采用限流电路时，电路中最小电流等于或大于待测电阻的额定电流或电流表的量程，应选分压电路A2A1．．．．．A2A1Rx．．．．．伏安法测电阻之发散思维2．“安安法”电流表的创新使用－－测电压．条件：已知电流表A2的内阻,将A2看成一个电压表使用．1．“伏安法”测电压表的电阻VA．．．电压表（电流表）是一个能读出其两端电压（通过其电流）的电阻．没有系统误差IURV2122IIRIRAx1221IRIRAA没有系统误差此电路能否测量出电流表的内阻？根据并联分流进行测量没有系统误差V1v2．．．RxV2v1．．．．．3．“伏伏法”电压表的创新使用－－测电流．2211VVRUUR221VxRUUR条件：已知电压表V2的内阻,将V2看成一个电流表使用．没有系统误差存在系统误差RxV2v1．．．．．2221VxRUUUR能否消除？根据串联分压进行测量没有系统误差4.仪器的选择⑴安全性原则要保证所用仪器的安全，电源最大允许通过的电流、电压表和电流表的量程、滑动变阻器允许通过的最大电流、用电器的额定电压电流等。选择电源、电表和用电器时，保证其电流和电压均不超过使用的量程。⑵精确性原则尽量减小实验误差。选择电表时，在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下，合理选择量程。务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的2/3），电表达不到满偏的1/3是不允许的。⑶操作性原则：如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，当其阻值大于用电器的阻值时用限流电路调节电路的电压(电流)比较方便；当其阻值小于用电器的电阻时用分压电路调节电路的电压(电流)比较方便．⑷选择的一般步骤①根据实验要求设计合理的实验电路；②找出唯一性的器材；③估算电路中电压和电流的最大值或最小值，结合已知器材的规格选定电源、选定电压表和电流表以及所用的量程；④根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器.例1.用伏安法测量金属导线的电阻R，试把图中给出的器材连接成测量R的合适的电路。图中安培表的量程为0.6A，内阻接近1Ω，伏特表的量程为3V，内阻为5KΩ;电源的电动势为6V，变阻器的阻值为0—20Ω。在闭合电键前，变阻器滑动触点应处于正确位置。解：金属导线的电阻不大，安培表应外接，变阻器电阻比较大，可用限流接法，画出电路图如下：+-RXAV··++例2：有一个电阻Rx，其阻值大约是25kΩ，可供选择的器材是：电流表A1(0----100μA,2kΩ)电流表A2(0----500μA,300Ω)电压表V1(0----10V,100kΩ）电压表V2(0----50V,500KΩ）直流稳压电源E（15V，1A）滑动变阻器R(1kΩ,1W)电键K和若干根导线．试选择适当的器材，选取适当的电路，使测量尽可能准确，并画出电路图，再将如图示的实物连线。解：（1）电压表、电流表的选择由于滑动变