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用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻实验方法

2014-8-3 0:45:42 点击:2775 来自:admin

【目的和要求】

  学习用电流表和电压表测定干电池的电动势和内电阻的方法,进一步掌握用图象处理实验数据的方法。

【仪器和器材】

  干电池,直流电流表(J0407型或J0407-1型),直流电压表(J0408型或J0408-1型),滑动变阻器(J2354-1型),单刀开关(J2352型),导线若干。

【实验方法】

  1.按图4.11-1接好电路。其中电流表用0.6安量程,电压表用3伏量程,滑动变阻器置于阻值最大位置。

80棋牌   2.闭合开关,记下这时电流表和电压表的示数。依次减小滑动变阻器的阻值,读出相应的U、I值。将读数填入表1中。

表     1


 

1

2

3

4

5

6

7

8

I(安)

 

 

 

 

 

 

 

 

U(伏)

 

 

 

 

 

 

 

 


 

  3.用公式法计算E,r。

  将第1、2次测得的U、I值代入公式

求出E和r

  同理,由第3、4次,第5、6次的测量结果可求出相应的E和r。然后求出干电池的电动势和内电阻的平均值:

  4.用图象法求E,r

  在坐标纸上,用横轴表示电流I,纵轴表示路端电压U,选取适当比例,描出所记录的各组数据所对应的点,将这些点连成一条直线。如图4.11-2,连线应使尽可能多的点在直线上,并使直线两边的点尽可能对称。

  直线与纵轴的交点表示断路时(I=0)的路端电压U=E,与横轴的交点表示短路时(U=0)的电流强度I0。直线的斜率即为电源的内电阻:

【注意事项】

  1.由于干电池的内电阻较小(0.5欧~1.5欧),如果电路短路,电路中电流过大,会损坏电表和电池,因而调节滑动变阻器时要防止电阻为零的情况发生。

  2.一般来说干电池的电动势和内电阻是要变化的,随着电池使用时间的增加,它的电动势减小,内电阻增加。实验中使用电动势为1.4伏左右半新电池效果较好。如果是新电池,电动势在1.55伏到1.58伏之间,使用前应用小电流放一下电,使电动势降到1.5伏,并且稳定下来。

80棋牌   3.实验时为了不使在外电阻较小时,电路中的电流长时间超过干电池的正常放电电流(0.3安),应使通电时间越短越好,只是在读取数据时让电路接通,否则易损伤电池。

  4.改变滑动变阻器的阻值时,最好让两个电表中的一个表的指针指整数格,每次的电阻值的变化适当大一些,可以减小读数误差,电表读数应多估计一位。

  5.图线坐标轴的单位长度取得是否合适,直接影响作图的准确性。图线的倾角最好接近45°,坐标原点可以不从零开始,比如纵坐标原点可从比测量时的最小电压稍小的某一电压值U0开始。但这时图线与横轴的交点I不再是短路电流,电源内电阻为:

【思考题】

80棋牌   1.用图象法求电源的电动势和内阻有什么优点?

  2.用本实验介绍的方法能否测蓄电池的内阻?为什么?

  3.测电源电动势和内电阻的一次实验结果见表2。

表      2


I(安)

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

U(伏)

2.90

2.85

2.80

2.73

2.72

2.69


 

 

  (1)用公式法计算E和r。

  (2)选择恰当比例,作出U-I图象。

参考资料:

测定电源电动势和内电阻还有以下的方法:

  1.如图4.11-3所示电路。调节电阻箱的阻值分别为R1、R2,并由电流表上读出相应的电流值I1、I2,由方程组:

  解得

若能测出多组I、R值,以R为纵坐标,1/I为横坐标作出R-1/I图象,由于,可知这条图线是直线。直线在纵轴的截距为-r,图线的斜率为E=tga,如图4.11-4所示。

  2.在图4.11-5所示电路中,先后把电阻箱阻值调节为R1、R2,并由电压表上读出相应的电压值U1、U2,由方程组:

  可解得:

  若能测出多组U、R值,也可以用上述方法通过图象法求得电源的内电阻和电动势。

  以上方法均未考虑电表内阻对电路的影响,当考虑电表内阻时,不同电路中引起的测量误差不相同,这里不再讨论。

实验原理:

由闭合电路的欧姆定律

I=E/(R+r)

可得            U=E-Ir

式中E,r为电源电动势和内电阻,在电路中不随外电阻的变化而改变。当外电阻R变化时,路端电压U及电路中的电流I将发生改变。如改变外电阻,求得n组U、I值,即可由公式法或图象法求得E、r。

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