高考物理 第7章 恒定电流 实验七 测量电源的电动势和内阻

实验实验七七测测量量电源的电动势和内阻电源的电动势和内阻注意事项注意事项1.可选用旧电池：可选用旧电池：为了使电路的路端电压变化明显，电池的内为了使电路的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池。号干电池。2.电流不要过大，读数要快：电流不要过大，读数要快：干电池在大电流放电时，电动势干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻会明显下降，内阻r会明显增大。因此，实验中不要将会明显增大。因此，实验中不要将I调得调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。过大，读电表要快，每次读完立即断电。3.计算法求计算法求E、r：要测出不少于要测出不少于6组组I、U数据，且变化范围要大数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的些，用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第数据中，第1和第和第4为为一组、第一组、第2和第和第5为一组、第为一组、第3和第和第6为一组，分别解出为一组，分别解出E、r值值再求平均值。再求平均值。误差分析误差分析用图象法求用图象法求E和和r时作图不准确。时作图不准确。由于电流表或电压表的分压或分流存在系统误差。由于电流表或电压表的分压或分流存在系统误差。 本实验中测量结果是：本实验中测量结果是：E测测E真真，r测测r真真。热点一伏安法测电源电动势和内阻热点一伏安法测电源电动势和内阻【例【例1】(2015江苏单科，江苏单科，10)小明利用如图小明利用如图1所示的实验装置测所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。量一干电池的电动势和内阻。图图1(1)图图1中电流表的示数为中电流表的示数为_A。(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：U/V1.451.361.271.161.06I/A0.120.200.280.360.44请根据表中的数据，在下面的方格纸上请根据表中的数据，在下面的方格纸上(如图如图2)作出作出UI图线。图线。图图2由图线求得：电动势由图线求得：电动势E_V；内阻；内阻r_。(3)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合。其实，从实验误差考虑，这样的操作间一直保持电路闭合。其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为不妥，因为_。解析解析(1)由实验装置图可知，电流表使用由实验装置图可知，电流表使用0.6 A量程，所以读数量程，所以读数为为0.44 A；(2)描点画图，如图所示，根据描点画图，如图所示，根据UIrE可得电动可得电动势为势为E1.6 V；图线的斜率绝对值等于内阻；图线的斜率绝对值等于内阻r1.2 ;(3)干电池干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化长时间使用后，电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大。导致实验误差增大。答案答案(1)0.44(2)UI图象见解析图图象见解析图1.60(1.581.62都算对都算对)1.2(1.181.26都算对都算对)(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大误差增大【变式训练】【变式训练】12015四川理综，四川理综，8(2)用实验测一电池的内阻用实验测一电池的内阻r和一待测电阻和一待测电阻的阻值的阻值Rx。已知电池的电动势约。已知电池的电动势约6 V，电池内阻和待测电阻阻值都，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有：为数十欧。可选用的实验器材有：电流表电流表A1(量程量程030 mA)；电流表电流表A2(量程量程0100 mA)；电压表电压表V(量程量程06 V)；滑动变阻器滑动变阻器R1(阻值阻值05 )；滑动变阻器滑动变阻器R2(阻值阻值0300 )；开关开关S一个，导线若干条。一个，导线若干条。某同学的实验过程如下：某同学的实验过程如下：.设计如图设计如图3所示的电路图，正确连接电路。所示的电路图，正确连接电路。.将将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多的阻值，测出多组组U和和I的值，并记录。以的值，并记录。以U为纵轴，为纵轴，I为横轴，得到如图为横轴，得到如图4所示的所示的图线。图线。图图3图图4.断开开关，将断开开关，将Rx改接在改接在B、C之间，之间，A与与B直接相连，其他直接相连，其他部分保持不变。重复部分保持不变。重复的步骤，得到另一条的步骤，得到另一条UI图线，图线图线，图线与横轴与横轴I的交点坐标为的交点坐标为(I0，0)，与纵轴，与纵轴U的交点坐标为的交点坐标为(0，U0)。回答下列问题：回答下列问题：电流表应选用电流表应选用_，滑动变阻器应选用，滑动变阻器应选用_；由图由图4的图线，得电源内阻的图线，得电源内阻r_；用用I0、U0和和r表示待测电阻的关系式表示待测电阻的关系式Rx_，代入数，代入数值可得值可得Rx；若电表为理想电表，若电表为理想电表，Rx接在接在B、C之间与接在之间与接在A、B之间，滑之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围相比，电流表示数变化范围_，电压表示数变化范围，电压表示数变化范围_。(选填选填“相同相同”或或“不同不同”)热点二实验的拓展与创新热点二实验的拓展与创新(测定电源电动势和内阻的其他方法测定电源电动势和内阻的其他方法)以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点。离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点。1.实验方法、方案的拓展实验方法、方案的拓展(一电表，一电阻箱法一电表，一电阻箱法)图象图象2.实验器材的灵活选用实验器材的灵活选用如：如：定值电阻可以作为保护电阻定值电阻可以作为保护电阻定值电阻可以当电压表使用定值电阻可以当电压表使用定值电阻可以当电流表使用定值电阻可以当电流表使用内阻已知的电压表可以当小量程的电流表使用内阻已知的电压表可以当小量程的电流表使用【例【例2】(2015天津理综，天津理综，9)用电流表和电压表测定由三节干用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组电池串联组成的电池组(电动势约电动势约4.5 V，内电阻约，内电阻约1 )的电动的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：供选用：A.电流表：量程电流表：量程0.6 A，内电阻约，内电阻约1 B.电流表：量程电流表：量程3 A，内电阻约，内电阻约0.2 C.电压表：量程电压表：量程3 V，内电阻约，内电阻约30 kD.电压表：量程电压表：量程6 V，内电阻约，内电阻约60 kE.滑动变阻器：滑动变阻器：01 000 ，额定电流，额定电流0.5 AF.滑动变阻器：滑动变阻器：020 ，额定电流，额定电流2 A(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_，电压表，电压表应选用应选用_，滑动变阻器应选用，滑动变阻器应选用_(均填仪器的字母均填仪器的字母代号代号)。(2)如图如图5为正确选择仪器后，连好的部分电路。为了使测量误差为正确选择仪器后，连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将尽可能小，还需在电路中用导线将_和和_相连、相连、_和和_相连、相连、_和和_相连相连(均填仪器均填仪器上接线柱的字母代号上接线柱的字母代号)。图图5(3)实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验。实用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数和对应电压表的示数U。用图象法处。用图象法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，则可以则可以_为纵坐标，以为纵坐标，以_为横坐标。为横坐标。解析解析(1)因三节干电池的电动势约为因三节干电池的电动势约为4.5 V，故电压表应选，故电压表应选D；因；因干电池放电电流不宜超过干电池放电电流不宜超过0.5 A，故电流表应选，故电流表应选A；由电压表和电；由电压表和电流表的测量范围可知滑动变阻器选用流表的测量范围可知滑动变阻器选用F即可。即可。(2)本实验的实验电路应如图。本实验的实验电路应如图。为了连接成如图的实验电路，还需要用导线将为了连接成如图的实验电路，还需要用导线将a与与d，c与与g，f与与h相连。相连。(3)实验时，电流表不再使用，电阻箱代替滑动变阻器，实验电路实验时，电流表不再使用，电阻箱代替滑动变阻器，实验电路图如图所示图如图所示【变式训练】【变式训练】2.为测定电源的电动势和内阻，实验室提供了如下器材：为测定电源的电动势和内阻，实验室提供了如下器材：图图6A.电源电源(电动势约为电动势约为9 V)B.电压表电压表(视为理想电压表，量程视为理想电压表，量程03 V)C.电阻箱电阻箱R(0999.9 )D.定值电阻定值电阻R0(铭牌上的数字模糊，末位只显示数字铭牌上的数字模糊，末位只显示数字“0”)E.开关、导线若干开关、导线若干解析解析(1)欧姆挡为欧姆挡为“1”，故，故R0101 10 。(2)因电压表的量程为因电压表的量程为3 V，R0只有只有10 ，为保护，为保护电路并完成测量，电压表测量电路并完成测量，电压表测量R0两端电压，电路两端电压，电路图设计如图所示。图设计如图所示。答案答案(1)10(2)实验电路图如解析图所示实验电路图如解析图所示(3)9.0 V2.0 1.(2016四川成都月考四川成都月考)在研究性课题的研究中，小刚、小聪和小在研究性课题的研究中，小刚、小聪和小明所在的小组收集了手机的电池以及从废旧收音机上拆下的电明所在的小组收集了手机的电池以及从废旧收音机上拆下的电阻、电容器、电感线圈等电子器件。现从这些材料中选取两个阻、电容器、电感线圈等电子器件。现从这些材料中选取两个待测元件进行研究，一是电阻待测元件进行研究，一是电阻Rx(阻值约阻值约2 k)，二是手机中常，二是手机中常用的锂电池用的锂电池(电动势电动势E的标称值为的标称值为3.4 V)。在操作台上还准备了如。在操作台上还准备了如下实验器材：下实验器材：A.电压表电压表V(量程量程4 V，内阻，内阻RV约约10 k)B.电流表电流表A1(量程量程100 mA，内阻，内阻RA1约约5 )C.电流表电流表A2(量程量程2 mA，内阻，内阻RA2约约50 )D.滑动变阻器滑动变阻器R(040 。额定电流。额定电流1 A)E.电阻箱电阻箱R0(0999.9 )F.开关开关S一只、导线若干一只、导线若干(1)小刚采用伏安法测定小刚采用伏安法测定Rx的阻值，他使用的电源是待测的锂电池。的阻值，他使用的电源是待测的锂电池。图图9是他连接的部分实验器材，请你完成实物连接。小刚选用的电是他连接的部分实验器材，请你完成实物连接。小刚选用的电流表应是流表应是_(填填“A1”或或“A2”)；他用电压表的读数除以电流；他用电压表的读数除以电流表的读数作为表的读数作为Rx的测量值，则测量值的测量值，则测量值_真实值真实值(填填“大于大于”或或“小于小于”)；图图9(2)小聪和小明设计了图小聪和小明设计了图10甲所示的电路图测量锂电池的电动势甲所示的电路图测量锂电池的电动势E和内阻和内阻r。图图102.(2015安徽理综，安徽理综，21，)某同学为了测量一节电池的电动势某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材：一个满偏电流为和内阻，从实验室找到以下器材：一个满偏电流为100 A、内阻为内阻为2 500 的表头，一个开关，两个电阻箱的表头，一个开关，两个电阻箱(0999.9 )和若干导线。和若干导线。(1)由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表，则应将表头与电阻箱的电流表，则应将表头与电阻箱_(填填“串联串联”或或“并联并联”)，并将该电阻箱阻值调为，并将该电阻箱阻值调为_。(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量，实验电路如图测量，实验电路如图11所示，通过改变电阻所示，通过改变电阻R测相应的电流测相应的电流I，且作相关计算后一并记录如下表。且作相关计算后一并记录如下表。图图11123456R()95.075.055.045.035.025.0I(mA)15.018.724.829.536.048.0IR(V)1.421.401.361.331.261.20根据表中数据，图根据表中数据，图12中已描绘出四个点，请将第中已描绘出四个点，请将第5、6两组数据两组数据也描绘在图也描绘在图12中，并画出中，并画出IRI图线；图线；图图12根据图线可得电池的电动势根据图线可得电池的电动势E是是_V，内阻，内阻r是是_。解析解析(1)要将电流表量程扩大，需要并联电阻，由并联电路特点：要将电流表量程扩大，需要并联电阻，由并联电路特点：IgRg(IIg)R并并，将，将I50 mA，Ig100 A，Rg2 500 代入解代入解得得R并并5.0 。(2)作作IRI图线，如图所示。图线，如图所示。根据实验电路知，根据实验电路知，IR表示电源的路端电压，表示电源的路端电压，I表示电路的表示电路的电流，故电流，故IRI图线的纵轴截距即为电池的电动势，则图线的纵轴截距即为电池的电动势，则E1.53 V，图线斜率的绝对值减去改装后的电流表阻值即为电，图线斜率的绝对值减去改装后的电流表阻值即为电池的内阻池的内阻r2.0 。答案答案见解析见解析