测量电源的电动势和内阻的几种方法课件.ppt

实验四 测定电源电动势和内阻法一：UI 法E=U1+I1rE=U2+I2r R1E rSU1I1E rSR1R2U2I2联立上述方程解得:E=r=实验中采用电压表和电流表测量电压和电流。注意：U1、U2都是路端电压，I1、I2都是干路电流（电路的总电流）。所以测量电源的电动势和内阻时电流表有两种接法：内接法和外接法。不能用 或 来判断电流表的内接和外接。E rSU1VRE rSU1VARAR1R2E rSU1I1VAR1E rSU1VA若采用电流表内接法:U1 U2I2 由于电压表内阻不是无穷大，所以有电流通过,其电流为:电压表能测准路端电压，而电流表不能测准干路电流E rSU1I1VAR1U1IV1R1R2E rSU1VAU2I2IV2IV2联立两式解得：“真实值”E=r=联立两式解得：E=U1+I1rE=U2+I2r“测量值”IV1R1R2E rSU1I1VAR1E rSU1VA若采用电流表内接法:U1U2I2IV1IV2考点1：当已知电压表内阻而未知电流表内阻时，采用电流表内接可精确测量（无系统误差）电源的电动势和内阻。R1U1E rSVAR1若采用电流表外接：I1U1U1E rSVAR2I2U2由于电流表内阻不为零，而降有电压，其电压为:电流表能测准干路电流,而电压表不能测准路端电压U1E rSVAR2I2U2E rSVAR1I1U1“真实值”联立两式解得：E=E=U1+I1rE=U2+I2r“测量值”E=r=联立两式解得：R1U1E rSVAR1若采用电流表外接：I1U1U1E rSVAR2I2U2考点2：当已知电流表的内阻而未知电压表内阻时，采用电流表的外接可精确测量（无系统误差）电源的电动势和内阻。RE rSVAE rSVRA考点3：若电压表和电流表的内阻都未知，为减小误差必采用电流表的内接法。因为：要减小误差，必须RVr。要减小误差，必须RAr。容易实现!E rSU1VRAUI真实值测量值I干=IA+IV=IA+UV/RV当UV=0（电源被短路）时IV=0，即 I干=IA，电流表此时能准确测出干路电流。“电流表内接”考点4：电源的UI 图p73E rSU1VRAUI真实值测量值“电流表外接”U干=UV+UA=UV+IA RA当IA=0（外电路电阻无穷大，即断路）时UA=0，即U干=UV，电压表此时能准确测出干路电压考点4：电源的UI 图p73RA、RV未知而选择电流表内的误差来源：（1）电压表内阻造成的系统误差（E测E真，r测r真）（2）电表示数不准确，使读数有误差（3）描点作图时出现误差E rSU1VRA考点5：误差来源p74例一 用如图所示电路测电池的电动势和内电阻时，由于电压表的分流作用造成系统误差。U-I 图象中一条是根据实测数据画出的，另一条是修正电压表分流所的误差后得到的，由图可知（）A.图线AB 是根据实测数据画出的B.图线AB 是根据实测数据画出的C.路端电压越高，通过电压表的电流越大D.电动势和内电阻的测量值都小于真实值。E SU1 VRAUIAABp740法二：IR 法AE rR1S1R2S212例二 如图所示，用一个电流表和两个定值电阻测定电源电动势和内电阻。试推导E、r 表达式，并分析测量值与真实值关系。=p74解：E测=I1(R1+r)E测=I2(R2+r)考虑RA的实际影响，则有E真=I1(R1+r+RA)E真=I2(R2+r+RA)UI真实值测量值法三：UR 法解：联立解得：考虑RV的实际影响，则有联立解得：E rR1S1R2S212Vp74UI真实值测量值=法三：UR 法E rR1S1R2S212V 用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接电源两端，所测得的数值近似认为是电源的电动势法四 粗测 E 法E S1V适用条件：当 RV r 时，UE“UI”（伏安法）“IR”“UR”“粗测 E 法”E rR1S1R2S212VAE rR1S1R2S212E rSVAE S1V测定电源电动势和内阻的方法测定电源电动势和内阻的方法1.(99 上海)现有一阻值为10.0欧姆的定值电阻、一个电键、若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案.（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧）要求：（1）画出实验电路图（2）简要写出完成接线后的实验步骤：（3）写出用测得的量计算电源内阻的表达式r _。认为电流不能通过电压表E rVRS“UI”“IR”“UR”“粗测 E 法”p74K1K2RxRabV3.(04 广西)图中R 为已知电阻，Rx为待测电阻，K1为单刀单掷开关，K2为单刀双掷开关，V 为电压表（内阻极大），E 为电源（电阻不可忽略）。现用图中电路测量电源电动势E 及电阻Rx.(1)写出操作步骤:.(2)由R 及测得的量，可测得E _,Rx=_.RK2K1RxaVbE rp75p753.(04 广西)图中R 为已知电阻，Rx为待测电阻，K1为单刀单掷开关，K2为单刀双掷开关，V 为电压表（内阻极大），E 为电源（电阻不可忽略）。现用图中电路测量电源电动势E 及电阻Rx.(1)写出操作步骤:.(2)由R 及测得的量，可测得E _,Rx=_.RK2K1RxaVbE r测E=U1RK2K1RxaVbE rU1U2p753.(04 广西)图中R 为已知电阻，Rx为待测电阻，K1为单刀单掷开关，K2为单刀双掷开关，V 为电压表（内阻极大），E 为电源（电阻不可忽略）。现用图中电路测量电源电动势E 及电阻Rx.(1)写出操作步骤:.(2)由R 及测得的量，可测得E _,Rx=_.RK2K1RxaVbE rU3E=U1p75p754.(07 四川)甲同学设计了如图所示的电路测电源电动势E 及电阻R1和R2阻值。实验器材有：待测电源E（不计内阻），待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V（量程为1.5V，内阻很大），电阻箱R（099.99），单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。先测电阻R1的阻值。请将甲同学的操作补充完整：闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数r 和对应的电压表示数Ul，保持电阻箱示数不变，读出电压表的示数U2。则电阻R1的表达式为R1_。R2R1RS2S1VEabR2R1RS2S1VEabR2R1RS2S1VEabp75甲同学已经测得电阻Rl4.8，继续测电源电动势E 和电阻R2的阻值。该同学的做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R 和对应的电压表示数U 由测得的数据，绘出了如图所示 的图线，则电源电动势E _V，电阻R2_。4.(07 四川)甲同学设计了如图所示的电路测电源电动势E 及电阻R1和R2阻值。实验器材有：待测电源E（不计内阻），待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V（量程为1.5V，内阻很大），电阻箱R（099.99），单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。O0.50.72.8R2R1R S2S1VEabp75利用甲同学设计的电路和测得的电阻Rl，乙同学测电源电动势E 和电阻R2的阻值的做法是：闭合S1，将S2切换到b，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R 和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出于相应的 图线，根据图线得到电源电动势E 和电阻R2。这种做法与甲同学的做法比较，由于电压表测得的数据范围_（选填“较大”、“较小”或“相同”)，所以_同学的做法更恰当些。O0.50.72.8R2R1R S2S1VEab2.(07 宁夏)利用伏安法测量干电池的电动势和内阻，现有的器材为：干电池：电动势约为1.5 V，符号 电压表：量程1 V，内阻998.3，符号 电流表：量程1 A，符号 滑动变阻器：最大阻值10，符号 电阻箱：最大阻值99999.9，符号 单刀单掷开关1个，符号 导线若干 设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内，要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负。为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的 倍，电阻箱的阻值应为。p75VA“UI”“IR”“UR”“粗测 E 法”需要扩V 表的量程不满足题电阻箱个数不足烧坏或电阻箱个数不足2.(07 宁夏)利用伏安法测量干电池的电动势和内阻，现有的器材为：干电池：电动势约为1.5 V，符号 电压表：量程1 V，内阻998.3，符号 电流表：量程1 A，符号 滑动变阻器：最大阻值10，符号 电阻箱：最大阻值99999.9，符号 单刀单掷开关1个，符号 导线若干 设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内，要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负。VA+-VA+-E rS由于知道电压表的内阻，所以用电流表内接法。p752.(07 宁夏)利用伏安法测量干电池的电动势和内阻，现有的器材为：干电池：电动势约为1.5 V，符号 电压表：量程1 V，内阻998.3，符号 电流表：量程1 A，符号 滑动变阻器：最大阻值10，符号 电阻箱：最大阻值99999.9，符号 单刀单掷开关1个，符号 导线若干.为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的 倍，电阻箱的阻值应为。p75VAa、最好扩到1.5V，这时需要串联的电阻值Rx满足：电阻箱无法精确给出。Rx=499.15,1765432890176543289017654328901765432890176543289017654328901100 1010000100000 1000电阻箱能输出的最大阻值 9999991765432890176543289017654328901765432890176543289017654328901100 1010000100000 1000R=9100000+010000+01000+4100+310+611765432890176543289017654328901765432890176543289017654328900.110 1100010000 100电阻箱能输出的最大阻值 99999.92.(07 宁夏)利用伏安法测量干电池的电动势和内阻，现有的器材为：干电池：电动势约为1.5 V，符号 电压表：量程1 V，内阻998.3，符号 电流表：量程1 A，符号 滑动变阻器：最大阻值10，符号 电阻箱：最大阻值99999.9，符号 单刀单掷开关1个，符号 导线若干.为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的 倍，电阻箱的阻值应为。p75VAa、最好扩到1.5V，这时需要串联的电阻值Rx满足：电阻箱无法精确给出。Rx=499.15,同理扩到1.5V1.9V 时，需要串联的电阻值电阻箱无法精确给出。2.(07 宁夏)利用伏安法测量干电池的电动势和内阻，现有的器材为：干电池：电动势约为1.5 V，符号 电压表：量程1 V，内阻998.3，符号 电流表：量程1 A，符号 滑动变阻器：最大阻值10，符号 电阻箱：最大阻值99999.9，符号 单刀单掷开关1个，符号 导线若干.为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的 倍，电阻箱的阻值应为。p75VAa、扩到1.5V1.9V 时，需要串联的电阻值电阻箱无法精确给出。b、扩到2V 时，需要串联的电阻值998.3 电阻箱能精确给出。c、扩到2V 以上时，电压表在测量时偏角小，测量误差大。2 998.32.(07 宁夏)利用伏安法测量干电池的电动势和内阻，现有的器材为：干电池：电动势约为1.5 V，符号 电压表：量程1 V，内阻998.3，符号 电流表：量程1 A，符号 滑动变阻器：最大阻值10，符号 电阻箱：最大阻值99999.9，符号 单刀单掷开关1个，符号 导线若干.为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的 倍，电阻箱的阻值应为。p75VA2 998.3延伸：实验 精确测量（无系统误差）电池的电动势和内阻。（填“能”或“不能”）。1、(2009 高考全国)图为测量某电源电动势和内阻时得到的U I 图线用此电源与三个阻值为3 的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8V.则该电路可能为()B当堂训练 2、(2009 安徽理综)用如图所示电路，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3V、15V)(c)定值电阻(阻值1、额定功率5W)(d)定值电阻(阻值10、额定功率10W)(e)滑动变阻器(阻值范围010、额定电流2A)(f)滑动变阻器(阻值范围0100、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_142【分析】（1）一节干电池电动势为1.5V，所以电压表用3V 量程；为保护电池，应该让流过电池的电流尽可能小，电流表用量程为0.6A；为了能使电流表精确读数，选1 的定值电阻；为方便调节，满足安全因素的条件下选择010 的变阻器。（2）电压表内阻不是无穷大，所以电压表的分流造成系统的主要误差2.电流表内接法和外接法的选择1.电表的选择：由电源电动势的大小，结合电表的安全因素（不能超过其允许的额定电流）和误差因素（指针在满刻度的1/3 2/3 为好）选出电流表、电压表。测电源电动势和内阻解题的一般思路3滑动变阻器的选择限流式接法 在符合要求（分压、限流）和安全因素的情况下选总阻值小的。4滑动变阻器的接法：为了保护电源不被烧坏，应尽可能减小流过电源的电流即干路电流，这就要求在满足安全前提下，选小量程的电流表，以减小误差。已知RV，用A 表内接可精确（无系统误差）求E、r。已知RA，用A 表外接可精确（无系统误差）求E、r。RA、RV都未知，用A 表内接，测量值小于真实值。3、(2009 北京理综)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池该同学想测量一个这个电池的电动势E 和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9，可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig 0.6A，内阻rg0.1)和若干导线请根据测定电动势E 和内电阻r 的要求，设计图1中器件的连接方式，画线把它们连接起来“IR”法 图3接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R 对应的电流表的示数I，并作记录当电阻箱的阻值R 2.6 时，其对应的电流表的示数如图2所示处理实验数据时，首先计算出每个电阻值I 的倒数；再制作R 坐标图，如图3所示，图中已标注出了(R，)的几个与测量对应的坐标点请你将与图2实验数据对应的坐标点也标注在图3上图2+0.50A在图3上把描绘出的坐标点连成图线根据图3描绘出的图线可得出这个电池的电动势E _V，内电阻r _.+E rrg=0.1RE=I（R+r+rg）4、(2009 高考海南卷)图1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A1内阻之和为10000(比r 和滑动变阻器的总电阻都大得多)，A2为理想电流表(1)按电路原理图在图2虚线框内各实物图之间画出连线E rSR1Rca图1A1A2b+E，rASA2RAA1R1图2a b(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”)E rSR1Rca图1A1A2b4、(2009 高考海南卷)图1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 A1 内阻之和为10000(比r 和滑动变阻器的总电阻都大得多)，A2为理想电流表(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A1和A2的示数I1和I2.多次改变滑动端c 的位置，得到的数据为在图3所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1I2曲线I1(mA)0.120 0.125 0.130 0.135 0.140 0.145I2(mA)480 400 320 232 140 68E rSR1Rca图1A1A2bI1/mA0.1600.1500.1400.1300.1200.1100 100 200 300 400 500I2/mA图3(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.E rSR1Rca图1A1A2b