高三上册物理 测定电源的电动势和内阻 逐字稿-3,701字
师:大家好,这堂课我们的课题是测定电源的电动势和内阻。这个实验有两个目的,一是掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法,进一步理解闭合电路的欧姆定律;二是掌握用图像法求电动势和内阻的方法。大家先看实验电路图,判断这里滑动变阻器是分压还是限流接法?很明显,是限流接法。那是外接还是内接呢?以前有些同学说这是内接法,理由是电流表在并联电路内部连接。但同学们,我们这个实验研究对象是电源,电压表与电源并联,电流表相对于电源是在并联电路外部,所以这是外接法,大家要注意,是相对于电源的外接法。
和上节课一样,我们通过经典例题来看常见考点。常见考点有仪表读数、测电阻方法的选择、电路设计与器材选择(电路设计与方法选择本质类似,归为一类)、故障分析、图像的数据处理与误差分析,还有连接实物图。连接实物图前要看电路图,这里电路图已给出,只需连接即可。涉及图像的题目,主要是数据处理和误差分析。
综上所述,常见热点是对电路选择和器材选择的考察。如果我是出题老师,可能会在电源内阻上做文章。若电源内阻很小,像实验室常见情况,就用相对于电源的外接法;若电源内阻很大,虽少见,但也存在,那就用相对于电源的内接法。
滑动变阻器用限流接法,因为电源不能长时间大功率工作。而且要想调节方便且范围大,滑动变阻器电阻应比电源内阻大几倍。
先来看读数问题。用 0 - 2.5 伏档测西红柿电池组的电动势,指针稳定指示。还记得上节课怎么处理吗?先确定量程,再确定精度。量程 0 - 2.5 伏,找不到 2.5 ,那就找相近的 250 。如果选 0 - 250 ,这里是 150 ,那对应的就是 160 ,所以读数是 1.60 伏。这里的“0”是估读产生的,从 150 - 200 对应量程是 1.5 伏到 2.0 伏,是十分度的。
为了用伏安法更精确测量西红柿电池组的电动势和内阻,测电压选什么?测电流选什么?测电压,有 0 - 3 伏、0 - 15 伏两种电压表,显然选 0 - 3 伏的就够用,选 0 - 15 伏的达不到 1/3 满偏,不好用。
再看电流表,有 0 - 0.6 安、0 - 3 安两种。很多同学会习惯选 0 - 0.6 安的,但要看看合用不合用。已知电动势约为 2 伏,内阻 1000 多欧姆,估算一下满偏电流,发现这两种电流表都不好用。这时我们还有多用电表,它也能测电流。估算下来电流大概是 2/3 毫安,所以选择直流电流档的 0 - 1 毫安档。
滑动变阻器怎么选?有些同学认为选小的调节方便,但这得具体问题具体分析。回忆下,调节方便且范围大,滑动变阻器阻值应是内阻的几倍,现在内阻 1000 多欧姆,R1 显然不能用,所以选 R2 。刚才估算电流用了闭合电路欧姆定律。
第三问要连接电路,连接前得有电路图,这里电路图没给,那就得设计。设计电路图无非考虑内接还是外接、分压还是限流。第一个问题,相对于这个电源,是外接还是内接?之前我们用外接法是因为电源内阻小,现在这个电源内阻很大,所以内接和外接要反过来,现在是相对于电源内接。分压还是限流呢?电源不能长时间大功率工作,所以还是限流接法。明确这些后,就可以画出原理图,根据电源正负适当调整。多用电表当电流表用,滑动变阻器在下方。
同学们看,限流接法,电流表和电源串联在并联电路内部,相对于电源内接。有了电路图,接线就简单了。从电源正极出发到开关,从开关到滑动变阻器,限流接法是一上一下。多用电表要红进黑出,然后把电压表并上去。
热点二是数据处理和误差分析。数据处理,原理上可以应用闭合电路欧姆定律列多个方程组求解,也可以通过作图,利用斜率或截距求解。特别强调,图像斜率的绝对值表示电源内阻,根据闭合电路欧姆定律(E = U + Ir),变形为(U = E - Ir),则(\Delta U / \Delta I = -r),加绝对值就是(r)。具体选择电路时,若采用电流表外接法,测量值偏小;若采用电流表内接法,测量值偏大。操作时,电流不能过大,读数要快,每次读数后应立即断开电源。
看例 2 ,已知电流表内阻(R_{A1}=1.0)千欧,电阻(R_1 = 9.0)千欧,为方便读数和作图,给电池串联了一个 3 欧的电阻。排除故障后做了几次实验,得到多组数据,要求用(R_1 - R_2)图像求电池的电动势和内阻。有些同学疑惑,之前会做的图像纵坐标是(U),横坐标是(I),这里的图像不一样。其实只要明确横纵坐标物理量的意义,问题就能解决。