实验九　测定电源电动势和内阻

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,高三总复习 人教版,物理,实验九测定电源的电动势和内阻,掌握用伏特表和安培表测量电池电动势和内电阻的方法，学会利用图象法处理数据的方法,在闭合电路中，由闭合电路的欧姆定律可得电源的电动势,E,、内阻,r,、路端电压,U,、电流,I,存在关系为,U,E,Ir,，,E,、,r,在电路中不随外电阻,R,的变化而改变测定电源的电动势和内阻可用三种方法：,方法一：测量原理图如图,1,所示，采用改变外电阻，可测得一系列,I,和,U,的值,(,至少,6,组,),，然后再在,U,I,图象中描点作图，所得直线与纵轴的交点即为电动势,E,，图线斜率的绝对值为内阻,r,，这种方法叫伏安法，用电流表和电压表,图,1,特别提醒,基础实验是伏安法安阻法和伏阻法是在伏安法实验的基础上的提高实验数据也可以用图象法处理由,E,U,Ir,，有,U,E,Ir,，故根据伏安法数据作出,U,I,图象,(,如图,2,所示,),图,2,电池、电压表、电流表、滑动变阻器、电键、导线若干、坐标纸,1,按如图,3,所示电路图连接成电路，电流表取,0.6 A,量程，电压表取,3 V,量程，将滑动变阻器阻值调到有效电阻最大,(,图中左端,),图,3,2,检查电路无误后，闭合电键，移动滑动变阻器触头的位置，使电流表有明显示数，记下一组,(,I,，,U,),值,3,改变滑动变阻器滑片的位置,5,次，用同样的方法，再测出,5,组,(,I,，,U,),数值然后断开电键，整理好仪器,4,建立坐标系、描点纵轴表示电压，横轴表示电流，取合适的标度，使所描坐标点绝大部分分布在坐标纸上，必要时纵坐标可以不从零开始取值,5,根据描出的坐标点作出,U,I,图象，并延长与两坐标轴相交,图,4,特别提醒,滑动变阻器为外电阻，列表记录两读数，电压变化便于作图，,U,轴起点要看清楚，求解,E,、,r,要用,U,I,图,1,为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选得大些,(,选用已使用过一段时间的干电池,),2,在实验中不要将,I,调得过大，每次读完,U,和,I,的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得,E,和,r,明显变化,3,在画,U,I,图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上不在直线上的点应对称分布在直线两侧，不要顾及个别离开直线较远的点，以减小偶然误差,图,5,用伏安法测电源电动势和内阻的方法很简单，但系统误差较大，这主要是由于伏特表和安培表内阻对测量结果的影响而造成的用这种方法测电动势可供选择的电路有两种，如图,6,甲、乙所示,图,6,同样的分析方法，可分析出当选用乙图进行测量时，仍把滑动变阻器作为外电路，因此安培表应看做内电路的一部分,(,如图,6,乙中虚线框内所示,),，因为安培表和电池串联，所以等效内阻,r,测,应等于电池真实阻值,r,真,和安培表电阻,R,A,之和，即,r,测,r,真,R,A,r,真,，此时如果断开外电路，则电流为零，安培表两端电势相等，等效电源的电动势,E,测,就是电源电动势的真实值,E,真,，即,E,测,E,真,题型一,实验原理及数据处理,例,1,用电流表和电压表测定电池的电动势,E,和内电阻,r,，所用的电路如图,7,所示，一位同学测得的,6,组数据如下表所示,图,7,组别,I,/(A),U,/(V),1,0.12,1.37,2,0.20,1.32,3,0.31,1.24,4,0.32,1.18,5,0.50,1.10,6,0.57,1.05,(1),试根据这些数据在图,8,中作出,U,I,图线,图,8,(2),根据图线得出电池的电动势,E,_V,，电池的内阻,r,_ .,(3),若不作出图线，只选用其中两组,U,和,I,的数据，可利用公式,E,U,1,I,1,r,和,E,U,2,I,2,r,算出,E,和,r,，这样做可能得出误差很大的结果，选用第,_,组和第,_,组的数据，求得,E,和,r,误差最大,解析,(1),图线如图,9,所示,图,9,答案,(1),如图,9,所示,(2)1.46,0.71,(3),3,4,变式,1,1,利用电压表和电流表测一节干电池的电动势,E,和内电阻,r,，电路如图,10,所示，图中,R,1,为粗调滑动变阻器，,R,2,为微调滑动变阻器，实验得到的四组数据，如表中所示,图,10,I,/mA,U,/V,50.0,1.35,75.0,1.35,100.0,1.20,150.0,1.05,(1),表中数据经处理后，可以确定电动势,E,_V,，内电阻,r,_ .,(2),现有滑动变阻器：,A,(0,10 ,，,1 A),，,B,(0,50 ,，,0.5 A),，,C,(0,500 ,，,0.5 A),那么在本次实验中，滑动变阻器,R,1,应选用,_,，,R,2,应选用,_(,选填,“,A,”,、,“,B,”,或,“,C,”,),答案：,(1),根据表中数据作出电源的,U,I,图象，如图,11,所示，从图中可以得出，图线在,U,轴上的截距为,1.5 V,，即电源的电动势为：,E,1.5 V,，图线斜率的绝对值为,3,，即电源的内电阻为：,r,3 .,图,11,(2),粗调变阻器的最大阻值较大，为了便于调节，滑动变阻器,R,1,应选,B,；微调变阻器的阻值较小，,R,2,应选,A,.,题型二,实验原理、方法的创新,例,2,(2009,北京高考,),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下这个电池的电动势,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,I,g,0.6 A,，内阻,r,g,0.1 ),和若干导线,(1),请根据测定电动势,E,和内电阻,r,的要求，设计图,12(1),中器件的连接方式，画线把它们连接起来,图,12,图,13,(3),在图,13,上把描绘出的坐标点连成图线,(4),根据图,13,描绘出的图线可得出这个电池的电动势,E,_V,，内电阻,r,_.,解析,本题考查测量电源电动势和内阻实验的设计和数据处理，意在考查考生实验设计的能力和处理实验数据的能力等,(1),先设计实验电路图，然后再根据电路图连线由欧姆定律,E,I,(,R,r,),知，只要知道两组外电阻和电流值，就可以解出电源电动势和内阻因此，直接将可变电阻和电流表串联在电路中就行,(2),由电表可读出此时电流为,0.50 A,，则坐标为,(2,2.6),再在坐标纸上描出该点,(3),剔除明显有误差的点，将其他点用平滑的曲线连接起来，得到一条直线,答案,(1),如图,14(1),所示,(2),如图,14(2),所示,(3),如图,14(2),(4)1.5(1.46,1.54),0.3(0.25,0.35),图,14,题后反思,该类题目是在课本实验的基础上进行变更而来的，考查知识的迁移运用要重视对实验的研究，理解实验原理、方法，提高用图象处理数据的能力,变式,2,1,(2010,广东高考,),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,(,R,0,5),一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图,15(a),在图,15(b),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,图,15,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,15(c),所示，读得电阻值是,_,；,B.,将开关,S,1,闭合，开关,S,2,断开，电压表的示数是,1.49V,；,C.,将开关,S,2,_,，电压表的示数是,1.16V,；断开开关,S,1,.,使用测得的数据，计算出干电池的内阻是,_(,计算结果保留两位有效数字,),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,_(,填,“,大,”,或,“,小,”,),解析：,如图,16,所示,图,16,由于电压表不是理想电压表，所以外电路不能视为断路，电路中有电流，电压表示数为电阻箱两端电压，应小于电动势，即测量值小于真实值,答案：,见解析,20 ,闭合,0.69 ,小,1,在,“,用电压表和电流表测电池的电动势和内阻,”,的实验时，一般是不用新电池而用旧电池进行实验，其原因是：旧电池的内阻较大，而新电池的内阻很小，实验时，电压表的读数变化很小，从而影响测量值的精确性如果要较为精确地测量一节新电池的内阻，可用以下给定的器材和一些导线来完成实验,(1),用连线的方法将图,17,中的这些仪器连成电路,(2),写出实验得出的新电池内阻,r,的表达式，并说明各字符的物理含义,图,17,答案：,(1),电路连接如图,18,所示,图,18,2,在测定一节水果电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：,A,水果电池,E,(,电动势大约,0.3 V,，内电阻约,3 ),B,电流表,A,1,(,满偏电流,3 mA,，内阻,100 ),C,电流表,A,2,(,满偏电流,100 mA,，内阻约,1 ),D,电压表,V(0,3 V,，内阻约,1 000 ),E,滑动变阻器,R,1,(0,20 ,，,1 A),F,滑动变阻器,R,2,(0,200 ,，,1 A),G,开关,S,和导线若干,(1),为了方便且能准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是,_(,用序号字母表示,),；,(2),请在虚线框图中画出测量电池电动势和内阻的实验电路图，并用题中所给的相应的符号标注,答案：,(1)E,为了便于操作，使滑动变阻器使用的有效导线的长度较大，滑动变阻器应选,E,；,(2),由于电源的电动势较小，使用电压表测量电压误差较大，采用两个电流表进行测量，计算出电源的路端电压，实验电路如图,19,所示,图,19,3,在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：,A,干电池,(,电动势,E,约为,1.5 V,，内阻,r,约为,1.0 ),B,电流表,G(,满偏电流,3.0 mA,，内阻,R,g,10 ),C,电流表,A(,量程,0,0.6 A,，内阻约为,0.5 ),D,滑动变阻器,R,(0,20 ,，,10 A),E,滑动变阻器,R,(0,100 ,，,1 A),F,定值电阻,R,1,990 ,G,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,_,(,填写字母,),(2),请画出实验原理图,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，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,R,1,串联改装成一个电压表为了减少误差，滑动变阻器需选,D,，设计实验原理如图,20,所示,图,20,答案：,(1)D,(2),见解析,4,(2010,江苏高考,),在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表,(,视为理想电压表,),的量程较小，某同学设计了如图,21,所示的实物电路,图,21,(1),实验时，应先将电阻箱的电阻调到,_,(,选填,“,最大值,”,、,“,最小值,”,或,“,任意值,”,),(2),改变电阻箱的阻值,R,，分别测出阻值,R,0,10,的定值电阻两端的电压,U,，下列两组,R,的取值方案中，比较合理的方案是,_,(,选填,“,1,”,或,“,2,”,),方案编号,电阻箱的阻值,R,/,1,400.0,350.0,300.0,250.0,200.0,2,80.0,70.0,60.0,50.0,40.0,解析：,(1),将电阻箱的电阻调到最大值是为了保护电压表,(2),实验时，若电阻箱的阻值与定值电阻的阻值相差太大，电压表的示数变化不明显，实验误差太大，所以比较合理的是方案,2.,5,(2009,安徽高考,),用图,22,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,R,0,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：,图,22,(a),电流表,(,量程,0.6 A,、,3 A),；,(b),电压表,(,量程,3 V,、,15 V),；,(c),定值电阻,(,阻值,1 ,、额定功率,5 W),；,(d),定值电阻,(,阻值,10 ,、额定功率,10 W),；,(e),滑动变阻器,(,阻值范围,0,10 ,、额定电流,2 A),；,(f),滑动变阻器,(,阻值范围,0,100 ,、额定电流,1 A),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,；,R,0,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,_,解析：,(1),一节干电池的电动势,1.5 V,，电压表选,3 V,的量程电流表选,0.6 A,的量程，定值电阻选,1 ,，滑动变阻器选,0,10 .,(2),电压表读出的是路端电压，电流表的读数为,I,A,，干路电流,I,I,A,I,V,，误差是由电压表分流造成的,答案：,(1)3,0.6,1,0,10,(2),电压表的分流,图,23,按电路原理图在图,23(2),虚线框内各实物图之间画出连线,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,”,),I,1,(mA),0.120,0.125,0.130,0.135,0.140,0.145,I,2,(mA),480,400,320,232,140,68,在图,24,所示的坐标纸上以,I,1,为纵坐标、,I,2,为横坐标画出所对应的,I,1,I,2,曲线,图,24,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,),该电路中电源输出的短路电流,I,m,_A.,答案：,连线如图,25,所示,图,25,b,端,如图,26,所示,图,26,1.49(,在,1.48,1.50,范围内同样给分,),0,60(,在,0.55,0.65,范围内同样给分,),2.5(,在,2.3,2.7,范围内同样给分,),谢谢观赏,谢谢观赏,