【三维设计】2014高考物理一轮精细复习（必备基础点拨+高考考点集结+考点专训）实验《测定电源电动势和内阻》》课件

一、实验目的一、实验目的 (1)掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法。的方法。 (2)学会用图象法求电源的电动势和内阻。学会用图象法求电源的电动势和内阻。 二、实验原理二、实验原理 1实验依据实验依据 闭合电路欧姆定律。闭合电路欧姆定律。超链接超链接2实验电路实验电路如图实如图实91所示所示图实图实914作图法数据处理作图法数据处理如图实如图实92所示。所示。(1)图线与纵轴交点为图线与纵轴交点为E。图实图实92 三、实验器材三、实验器材 电池电池(被测电源被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等。开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等。 四、实验步骤四、实验步骤 (1)电流表用电流表用0.6 A量程，电压表用量程，电压表用3 V量程，按图连量程，按图连接好电路。接好电路。 (2)把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端。把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端。 (3)闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据并记录一组数据(I1，U1)。用同样方法测量出多组。用同样方法测量出多组I、U值。填入表格中。值。填入表格中。 (4)断开开关，拆除电路，整理好器材。断开开关，拆除电路，整理好器材。 五、数据处理五、数据处理 本实验中数据的处理方法：一是联立方程求解的公式本实验中数据的处理方法：一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法。法，二是描点画图法。I/AU/V第第6组组第第5组组第第4组组第第3组组第第2组组第第1组组 方法一：方法一：联立六组对应的联立六组对应的U、I数据，数据满足关系式数据，数据满足关系式U1EI1r、U2EI2r、U3EI3r让第让第1式和第式和第4式联立方程，式联立方程，第第2式和第式和第5式联立方程，第式联立方程，第3式和第式和第6式联立方程，这样解得三式联立方程，这样解得三组组E、r，取其平均值作为电池的电动势，取其平均值作为电池的电动势E和内阻和内阻r的大小。的大小。 六、注意事项六、注意事项 (1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的干电池选用已使用过一段时间的干电池)。 (2)在实验时，电流不能过大，通电时间不能太长，以免在实验时，电流不能过大，通电时间不能太长，以免对对E与与r产生较大影响。产生较大影响。 (3)要测出不少于要测出不少于6组的组的(I，U)数据，且变化范围要大些，数据，且变化范围要大些，然后用方程组求解，并求平均值。然后用方程组求解，并求平均值。 (4)画画UI图线时，由于读数的偶然误差，描出的点不在图线时，由于读数的偶然误差，描出的点不在一条直线上，在作图时应使图线通过尽可能多的点，并使不一条直线上，在作图时应使图线通过尽可能多的点，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。这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精点可舍去。这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。确度。 (5)由于干电池的内阻较小，路端电压由于干电池的内阻较小，路端电压U的变化也较小，的变化也较小，这时画这时画UI图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据图线时，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值开始测得的数据从某一恰当值开始(横坐标横坐标I必须从零开始必须从零开始)。但这。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距时图线和横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻。仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻。 七、误差分析七、误差分析 1偶然误差偶然误差 (1)由读数不准和电表线性不良引起误差。由读数不准和电表线性不良引起误差。 (2)用图象法求用图象法求E和和r时，由于作图不准确造成的误差。时，由于作图不准确造成的误差。 (3)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化。变化。 2系统误差系统误差 由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。 (1)如图实如图实93甲所示，在理论上甲所示，在理论上EU(IVIA)r，其中电压表示数，其中电压表示数U是准确的电源两端电压。而实验是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表而形成误差，而且电压表示数越大，示数越大，IV越大。越大。图图 实实93 结论：结论： 当电压表示数为零时，当电压表示数为零时，IV0，IAI短短，短路电流，短路电流测量值真实值。测量值真实值。 E测测E真真。 (2)若采用如图实若采用如图实94甲所示的电路，甲所示的电路，IA为电源电为电源电流真实值，理论上有流真实值，理论上有EUUAIAr，其中，其中UA不可知，不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，而造成误差，而且电流表示数越大，UA越大，当电流为越大，当电流为零时，零时，UA0，电压为准确值，等于，电压为准确值，等于E。图实图实94实验原理与操作实验原理与操作 例例1在在“用电流表和电压表测电池的电动势和内用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻电阻”的实验中，提供的器材有：的实验中，提供的器材有： A干电池一节干电池一节 B电流表电流表(量程量程0.6 A) C电压表电压表(量程量程3 V) D开关开关S和若干导线和若干导线E滑动变阻器滑动变阻器R1(最大阻值最大阻值20 ，允许最大电流，允许最大电流1 A)F滑动变阻器滑动变阻器R2(最大阻值最大阻值300 ，允许最大电流，允许最大电流0.5 A)G滑动变阻器滑动变阻器R3(最大阻值最大阻值1 000 ，允许最大电流，允许最大电流0.1 A)图实图实95 (1)按如图实按如图实95所示电路测量干所示电路测量干电池的电动势和内阻，滑动变阻器应选电池的电动势和内阻，滑动变阻器应选_(填写代号填写代号)。 为使测量尽可能精确，用笔画线代替导线将如图实为使测量尽可能精确，用笔画线代替导线将如图实96所示的实物图连接成实验电路所示的实物图连接成实验电路(已连接了部分线已连接了部分线)，要求变阻器的滑片滑至最右端时，其使用电阻值最大。要求变阻器的滑片滑至最右端时，其使用电阻值最大。图实图实96 (2)实验步骤：实验步骤： 按实验要求连接好电路。闭合开关前把变阻器按实验要求连接好电路。闭合开关前把变阻器的滑片滑至一端，使接入电路的阻值最大；的滑片滑至一端，使接入电路的阻值最大； 闭合开关，调节滑动变阻器，使闭合开关，调节滑动变阻器，使_的指的指针有明显偏转，读取针有明显偏转，读取_和和_的示数。用的示数。用同样方法测量多组数据；同样方法测量多组数据； 断开开关，整理好器材；断开开关，整理好器材； 数据处理。数据处理。 (3)将实验测得的数据标在如图实将实验测得的数据标在如图实97所示的坐标所示的坐标图中，请作出图中，请作出UI图线，由此求得待测电池的电动势图线，由此求得待测电池的电动势E_V，内电阻，内电阻r_。(结果保留三位有结果保留三位有效数字效数字)图实图实97 解析解析滑动变阻器不要选阻值过大的，因为阻值过滑动变阻器不要选阻值过大的，因为阻值过大不便于调节，要保证电流不超过额定值，电流表量程大不便于调节，要保证电流不超过额定值，电流表量程为为0.6 A，所以选，所以选R1；UI图线中，与纵轴的交点就是电图线中，与纵轴的交点就是电动势，斜率就是内阻。动势，斜率就是内阻。 答案答案(1)E(或或R1)如图实如图实98所示所示图实图实98(2)电流表电流表电压表电流表电流表电压表(3)如图实如图实99所示所示1.50(1.471.52均对均对)188(1.861.90均对均对)图实图实99题组演练题组演练1某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻内阻，使用的器材还包括定值电阻(R05 )一个，一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图实开关两个，导线若干，实验原理图如图实910(a)所示。所示。(1)在图在图(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，请的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接。完成余下电路的连接。(2)请完成下列主要实验步骤：请完成下列主要实验步骤：A检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图(c)所所示，读得电阻值是示，读得电阻值是_；B将开关将开关S1闭合，开关闭合，开关S2断开，电压表的示数是断开，电压表的示数是1.49 V；C将开关将开关S2_，电压表的示数是，电压表的示数是1.16 V；断开开关；断开开关S1。(3)使用测得的数据，计算出干电池的内阻是使用测得的数据，计算出干电池的内阻是_(计算结计算结果保留两位有效数字果保留两位有效数字)。(4)由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏值偏_(填填“大大”或或“小小”)。图实图实910答案：答案：(1)如图所示如图所示(2)A.20 C闭合闭合(3)0.69 (4)小小2(2013德州模拟德州模拟)某同学对实验室的一个多用电表中某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一节的电池进行更换时发现，里面除了一节1.5 V的干电的干电池外，还有一个方形的电池池外，还有一个方形的电池(层叠电池层叠电池)。为了测定该。为了测定该电池的电动势和内电阻，实验室中提供如下器材：电池的电动势和内电阻，实验室中提供如下器材：A电流表电流表A1(满偏电流满偏电流10 mA，内阻，内阻10 )；B电流表电流表A2(00.6 A，内阻未知，内阻未知)；C滑动变阻器滑动变阻器R0(0100 ，1 A)；D定值电阻定值电阻R(阻值阻值990 )；E开关与导线若干。开关与导线若干。该同学根据现有的实验器材，设计了如图实该同学根据现有的实验器材，设计了如图实911甲所甲所示的电路，图乙为该同学根据上述设计的实验电路测出示的电路，图乙为该同学根据上述设计的实验电路测出多组数据并绘出的多组数据并绘出的I1I2图线图线(I1为电流表为电流表A1的示数，的示数，I2为为电流表电流表A2的示数的示数)，则由图线可以得到被测电池的电动势，则由图线可以得到被测电池的电动势E_ V，内阻，内阻r_ 。(结果保留两位有结果保留两位有效数字效数字)图实图实911答案：答案：9.110数据处理与误差分析数据处理与误差分析 例例2用图实用图实912所示电路，测定一节干电池所示电路，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滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：器材还有： A电流表电流表(量程量程0.6 A、3 A)； B电压表电压表(量程量程3 V、15 V)；图实图实912 C定值电阻定值电阻(阻值阻值1 、额定功率、额定功率5 W)； D定值电阻定值电阻(阻值阻值10 、额定功率、额定功率10 W)； E滑动变阻器滑动变阻器(阻值范围阻值范围010 、额定电流、额定电流2 A)； F滑动变阻器滑动变阻器(阻值范围阻值范围0100 、额定电流、额定电流1 A)。 那么：那么： (1)要正确完成实验，电压表的量程应选择要正确完成实验，电压表的量程应选择_V，电流表的量程应选择电流表的量程应选择_A；R0应选择应选择_的的定值电阻，定值电阻，R应选择阻值范围是应选择阻值范围是_的滑动变阻器。的滑动变阻器。 (2)引起该实验系统误差的主要原因是引起该实验系统误差的主要原因是_ 。 解析解析由于一节干电池的电动势为由于一节干电池的电动势为1.5 V，故选量，故选量程为程为3 V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几欧左右，加上保护电阻，最大电流在一般几欧左右，加上保护电阻，最大电流在0.5 A左右，左右，所以选量程为所以选量程为0.6 A的电流表；由于电池内阻很小，所以的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电围小，造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取池内阻大几倍就好了，取010 能很好地控制电路中能很好地控制电路中的电流和电压，若取的电流和电压，若取0100 会出现开始几乎不变最后会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。突然变化的现象。 系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，一系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小。本实验中由于电压般具有倾向性，总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测测E真真，r测测r真真。 答案答案(1)30.61010(2)由于电压表的分流由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小题组演练题组演练3要测量一电源的电动势要测量一电源的电动势E(小于小于3 V)和内阻和内阻r(约约1 )，现有下列器材：电压表现有下列器材：电压表V(3 V和和15 V两个量程两个量程)、电阻、电阻箱箱(0999.9 )、定值电阻、定值电阻R03 、开关和导线。某、开关和导线。某同学根据所给器材设计如图实同学根据所给器材设计如图实913甲的实验电路。甲的实验电路。图实图实913(1)电路中定值电阻电路中定值电阻R0的作用是的作用是_。(2)请根据图甲电路，在图乙中用笔画线代替导线连接电请根据图甲电路，在图乙中用笔画线代替导线连接电路。路。(3)该同学调节电阻箱阻值该同学调节电阻箱阻值R，读出对应的电压表读数，读出对应的电压表读数U，得到两组数据：得到两组数据：R12.0 时时U12.37 V；R24.0 时时U22.51 V。由这两组数可求得电源的电动势为。由这两组数可求得电源的电动势为E_ V，内阻为内阻为r_ 。(4)为使最终测量结果更精确，在不改变实验方法、不更为使最终测量结果更精确，在不改变实验方法、不更换实验器材的前提下，请你对该同学提一条建议换实验器材的前提下，请你对该同学提一条建议_。解析：解析：(1)保护电源，防止短路。保护电源，防止短路。(2)如图所示。如图所示。(4)多测几组多测几组R、U，分别求出电动势，分别求出电动势E、内阻、内阻r，再求，再求E、r的平均值，或利用图象处理数据。的平均值，或利用图象处理数据。答案：答案：(1)保护电源，防止短路保护电源，防止短路(2)见解析图见解析图(3)2.941.2(4)见解析见解析4(2012广东六校联考广东六校联考)用电流表和电压表测干电池的电用电流表和电压表测干电池的电动势和内电阻，提供的器材如图实动势和内电阻，提供的器材如图实914所示。所示。(1)用实线代表导线把图甲所示的实物连接成测量电路。用实线代表导线把图甲所示的实物连接成测量电路。(两节干电池串联作为电源，图中有部分线路已连接好两节干电池串联作为电源，图中有部分线路已连接好)图实图实914(2)图乙中的图乙中的6个点表示实验中测得的个点表示实验中测得的6组电流组电流I、电压、电压U的的值，按照这些实验值作出值，按照这些实验值作出UI图线，由此图线求得的电图线，由此图线求得的电源电动势源电动势E_ V，内电阻，内电阻r_ 。(结果结果保留小数点后两位数字保留小数点后两位数字)解析：解析：(1)由于电压表内阻较大，电压表的分流作用对干由于电压表内阻较大，电压表的分流作用对干路电流的测量影响很小，可以不考虑，故电压表应接在路电流的测量影响很小，可以不考虑，故电压表应接在干电池两端；注意开关要控制整个电路。干电池两端；注意开关要控制整个电路。答案：答案：(1)测量电路如图所示。测量电路如图所示。(2)按照实验值作出的按照实验值作出的UI图线如图所示图线如图所示2.97(2.962.98均可均可)0.72(0.680.74均可均可)实验的改进与创新实验的改进与创新 例例3(2012福建高考福建高考)某研究性学习某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势小组欲测定一块电池的电动势E。 (1)先直接用多用电表测定该电池电动先直接用多用电表测定该电池电动势。在操作无误的情况下，多用电表表盘势。在操作无误的情况下，多用电表表盘示数如图实示数如图实915，其示数为，其示数为_V。 (2)然后，用电压表然后，用电压表V、电阻箱、电阻箱R、定值电阻、定值电阻R0、开关、开关S、若干导线和该电池组成电路，测定该电池电动势。、若干导线和该电池组成电路，测定该电池电动势。 (i)根据电路图，用笔画线代替导线，将实物图连接根据电路图，用笔画线代替导线，将实物图连接成完整电路。成完整电路。 图实图实915图实图实9160.350.310.240.210.170.125.004.003.002.001.400.602.93.24.24.85.98.3U(V)20.025.033.350.071.4166.7R()图实图实917 (iii)从图线中可求得从图线中可求得E_V。 解析解析(1)多用电表使用多用电表使用10 V电压挡，刻度盘上每小电压挡，刻度盘上每小格对应的示数为格对应的示数为0.2 V，所以读数为，所以读数为9.4 V。 答案答案(1)9.4 (2)(i)连线如图实连线如图实918所示所示(ii)所作图象如图实所作图象如图实919所示所示图实图实919(iii)10.0(9.511.1 V均正确均正确) 一、本题创新点分析一、本题创新点分析 1源于教材源于教材本题的实验目的是测定电池的电本题的实验目的是测定电池的电动势。动势。 二、本实验还可以从以下方面进行改进创新二、本实验还可以从以下方面进行改进创新 (一一)实验目的创新实验目的创新 如果要测水果电池或果汁电池的电动势和内阻，如果要测水果电池或果汁电池的电动势和内阻，应如何操作？应如何操作？ 提示：操作方法与本实验相似，要注意水果电池提示：操作方法与本实验相似，要注意水果电池的内阻相对较大，设计电路时要注意电流表的接法。的内阻相对较大，设计电路时要注意电流表的接法。 (二二)实验原理的创新实验原理的创新 (1)本实验还可以用电流表和电阻箱组合来测定。本实验还可以用电流表和电阻箱组合来测定。说出实验原理及方法。说出实验原理及方法。 提示：用一个电流表和电阻箱测量，电提示：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为：路如图所示，测量原理为：EI1(R1r)，EI2(R2r)，由此可求出，由此可求出E和和r，此种方法使，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。测得的电动势无偏差，但内阻偏大。 (2)本实验还可以用两个电压表测电源的电动势。本实验还可以用两个电压表测电源的电动势。说出实验原理及方法。说出实验原理及方法。题组演练题组演练5在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表压表(视为理想电压表视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了的量程较小，某同学设计了如图实如图实920所示的实物电路。所示的实物电路。图实图实920(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到实验时，应先将电阻箱的电阻调到_。(选填选填“最大值最大值”“”“最小值最小值”或或“任意值任意值”)(2)改变电阻箱的阻值改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值，分别测出阻值R010 的定值的定值电阻两端的电压电阻两端的电压U。下列两组。下列两组R的取值方案中，比较合理的取值方案中，比较合理的方案是的方案是_。(选填选填“1”或或“2”)40.050.060.070.080.02200.0250.0300.0350.0400.01电阻箱的阻值电阻箱的阻值R/方案编号方案编号解析：解析：(1)实验中电阻箱起到改变电路的总电阻和分压作实验中电阻箱起到改变电路的总电阻和分压作用，为了确保仪器的安全，一般将电阻箱的电阻先调到用，为了确保仪器的安全，一般将电阻箱的电阻先调到最大值。最大值。(2)由于定值电阻由于定值电阻R010 ，若选用方案，若选用方案1，则电压表的，则电压表的示数较小，示数变化范围也很小，所以选用方案示数较小，示数变化范围也很小，所以选用方案2。6(2012重庆高考重庆高考)某中学生课外科技活动小组利用铜某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势测量这种电池的电动势E和内阻和内阻r，并探究电极间距，并探究电极间距对对E和和r的影响。实验器材如图实的影响。实验器材如图实921所示。所示。图实图实921(1)测量测量E和和r的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压端的电压U和流过电源的电流和流过电源的电流I，依据公式，依据公式_，利用，利用测量数据作出测量数据作出UI图象，得出图象，得出E和和r。(2)将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在题图中用笔画线代替导线连接电路。结果的影响，请在题图中用笔画线代替导线连接电路。(3)实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的电池的UI图象如图实图象如图实922中中(a)、(b)、(c)、(d)所示，所示，由此可知：在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势由此可知：在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势_(填填“增大增大”“”“减小减小”或或“不变不变”)，电源内阻，电源内阻_(填填“增大增大”“”“减小减小”或或“不变不变”)。曲线曲线(c)对应的电源电动势对应的电源电动势E_V，内阻，内阻r_。当外电路总电阻为。当外电路总电阻为2 500 时，该电源的输时，该电源的输出功率出功率P_mW。(均保留三位有效数字均保留三位有效数字)图实图实922解析：解析：(1)根据欧姆定律，路端电压等于电动势减去内电根据欧姆定律，路端电压等于电动势减去内电压，即压，即UEIr。(2)该实验要求路端电压测量准确，故电压表应直接接在该实验要求路端电压测量准确，故电压表应直接接在电源的两端，滑动变阻器只需能改变路端电压的值即可，电源的两端，滑动变阻器只需能改变路端电压的值即可，故采用限流式接法。故采用限流式接法。答案：答案：(1)UEIr(2)如图所示如图所示(3)不变增大不变增大09754780.268