高中物理电源电动势和内阻的测定法子

高中物理电源电动势和内阻的测定方法

测定电源电动势和内阻的原理是闭合电路欧姆定律,从这一原理出发,当所给丈量仪器不同时,会出现多种不同的方法。下面结合例题作具体分析。
1.伏安法
例1、测量电源的电动势e及内阻r(e约为4.5v,r约为1.5Ω)。
器材:量程为3v的理想电压表v,量程为0.5a的电流表a(具有一定内阻),牢固电阻r=4Ω,滑动变阻器r’,开关k,导线若干。
1)画出实验电路原理图,图中各元件需用题目中所给出的符号或字母标出。
2)实验中,当电流表读数为时,电压表读数为;当电流表读数为时,电压表读数为,则可以求出E=_______r=_________。(用I1I2U1U2R表示)
解析由闭合电路欧姆定律E=U+Ir可知,只要能测出两组路端电压和电流即可,由,可得:

   
我们可以用电压表测电压,电流表测电流,但需注意的是题给电压表的量程只有3V,而路端电压的最小值约为,显然不能直接把电压表接在电源的两端测路端电压。依题给器材,可以利用固定电阻R分压(即可以把它和电源本身的内阻r共同作为电源的等效内阻“R+r”,R叫做保护电阻),这样此电源的“路端电压”的最小值约为,就可直接用电压表测“路端电压”了,设计实验电路原理图如图1所示。
1
调节滑动变阻器R’测两组电压和电流分别代入①②两式,得:
说明此种方法所测E偏小,r偏小。
2.安阻法
2、在“测定电源电动势和内阻”的实验中,除待测电源(Er),足够的连接导线外,实验室仅提供:一只量程合适的电流表A,一只电阻箱R,一个开关S
1)画出实验原理图。
2)写出用测量值表示的电源电动势E和内阻r的表达式,并注意式中各量的含义。
解析
式中I1I2是电阻箱分别取R1R2时电流表读数。
设计实验原理图如图2所示。
2
说明此种方法使测得的电动势无系统误差,但内阻偏大。
3.伏阻法
3、要求测量由两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r(约几欧),提供下列器材:电压表V1(量程3V,内阻1kΩ)、电压表V2(量程15V,内阻2kΩ)、电阻箱R0~9999Ω)、电键、导线若干。
某同学用量程为15V的电压表连接成如图3所示的电路。实验步骤如下:
1)合上电键S,将电阻箱R阻值调到,读得电压表的读数为U1
2)将电阻箱R阻值调到R2=20Ω,读得电压表的读数为U2
由方程,解出Er,为了减少实验误差,上述实验在选择器材和实验步骤中,应做哪些改进?______________________
3
解析两节干电池串联而成的电池组的电动势E约为3V,选量程为15V的电压表,指针最大偏转不及其满刻度的,所以电压表应改选电压表V1;为了减小偶然误差,应改变电阻箱的阻值R,读取若干个对应的电压表读数U,而后对应计算各个电流值。再作出UI图线,由图象法得出Er
说明此种方法测得的电动势和内阻均偏小。
4.伏伏法
4、在“测定电源电动势和内阻”的实验中,除待测电源(Er),足够的连接导线外,实验室仅提供:两只量程合适的电压表V1V2V1的内阻R1,一只单刀双掷开关S
1)画出实验原理图;
2)写出用测量值表示的电源电动势E和内阻r的表达式,并注明式中各量的含义。
解析:依据题意可知,电压表V1的内阻已知,则可由电流——电压变换法用V1测出它所在支路的电流,设计实验电路原理图如图4所示。
4
设当开关S1接触时,电压表V1的读数为U0;当开关S2接触时,电压表V1V2的读数分别为U1U2,由欧姆定律E=UIr,即有
说明此种方法测得的电动势和内阻均无系统误差。
5.安安法
5、在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,备有下列器材:
①干电池(电动势E约为1.5V,内电阻r约为1.0Ω);
②电流表G(满偏电流3.0mA,内阻);
③电流表A(量程0~0.6A,内阻约为0.5Ω);
④滑动变阻器R0~20Ω,10A);
⑤滑动变阻器R0~100Ω,1A);
⑦开关和导线若干。
1)为了能准确地进行测量,也为了操作方便,实验中应选用的滑动变阻器是_________。(填写数字代号)
2)请画出实验原理图。
解析由闭合电路欧姆定律E=UIr可知,只要能测出两组路端电压和电流即可,但题目中只给出两个电流表且其中一个电流表G的内阻已知,可以把内阻已知的电流表和定值电阻R1串联改装成一个电压表。为了减小误差,滑动变阻器需选④,设计实验原理图如图5所示。


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