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实验九测定电源的电动势和内阻,实验准备,实验目的,掌握用电压表和电流表测量电池电动势和内阻的方法,学,会利用图象法进行处理数据的方法.,实验原理,UEIr,如图S9-1所示,改变R的阻值,从电压表和电流表中读出几组U、I值,利用_求出几组E、r值,最后分别算出它们的平均值.图S9-1实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、电键、导线若干、坐标纸.,实验过程实验步骤(1)电流表用0.6A量程,电压表用3V量程,按图连接好,电路.,最大,(2)把滑动变阻器的滑片移到使阻值_一端.(3)闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显的示数,记录一组数据(I,U),用同样方法测量几组I、U值,记录在表格中.(4)断开开关,整理器材.(5)处理数据,求出电源的电动势和内阻的阻值.数据处理(1)利用多组(I,U)值画出I-U图象.(2)利用图象得出电源的电动势,计算出电源的内阻.,实验分析,误差分析,由于实验电路及电压表、电流表内阻的影响,本实验结果,E测E真,r测r真.,注意事项,(1)为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻应大些(选,用已使用过一段时间的干电池).,(2)电池在大电流放电时极化现象较严重,电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,故长时间放电不宜超过0.3A,短时间放电不宜超过0.5A,因此,实验中不要将R调得过小,读数要快,每次读完应立即断电.,【基础检测】(2014年广东深圳二模)为测定一节干电池的电动势和内阻.现提供如下仪器:,A.电压表B.电流表,(量程02V,内阻约8k)(量程00.6A,内阻rA0.8),C.滑动变阻器(020)D.开关E.若干导线(1)如图S9-2甲、乙所示,为准确测定干电池的电动势和内阻,应选择图_(填“甲”或“乙”).(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应调至_(填“左”或“右”)端.,(3)移动变阻器的滑片,得到几组电压表和电流表的示数,描绘成如图丙所示的U-I图象.从图线的截距得出干电池的电动势为1.40V的理论依据是:_.(4)利用图丙可得到干电池的内阻为_.(计算结果保留2位有效数字),甲,乙,丙,图S9-2,答案:(1)甲(2)左(3)断路时路端电压等于电源电动势,(4)0.63,考点1图象法求电源电动势和内电阻重点归纳,1.在坐标纸上以I为横坐标、U为纵坐标,用测出的几组I、U值,画出U-I图象.如图S9-3所示,所得直线的纵截距即为电源电动势的值,图线斜率的绝对值即为内阻r的值.,图S9-3,2.画U-I图线时,要使较多的点落在这条直线上或各点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去.这样可使偶然误差得到部分抵消,提高精确度.,3.计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点,用公式计,算出电源的内阻r.,4.测量电路存在系统误差.如图S9-4中所示I真I测IV,未,考虑电压表的分流.,图S9-4,典例剖析例1:(2014年新课标全国卷)利用如图S9-5所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有:待测电源,电阻箱R(最大阻值为999.9),电阻R0(阻值为3.0),电阻,R1(阻值为3.0),电流表,(量程为200mA,内阻为RA,6.0),开关S.图S9-5,实验步骤如下:,将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;,多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的,阻值R;,求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.回答下列问题:,(2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R3.0时,电流表的示数如图S9-6所示,读出数据,完成下表.,答:_;_.,图S9-6,(3)在如图S9-7所示的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,根据图象求得斜率k_A11,截距b_A1.,图S9-7,(4)根据图象求得电源电动势E_V,内阻r,_.,思维点拨:(1)根据闭合电路欧姆定律求出函数表达式.(2)根据坐标系内描出的点作出图象.(3)根据函数表达式与图象求出电源电动势与内阻.,(2)由题意知该电流表的最小分度为2mA,由题图S9-8可得读数为110mA,考虑到表格内各组数据的单位及有效数字,图S9-8,(3)如图S9-8所示.1.06.0(4)3.01.0备考策略:在测电源电动势和内阻的实验中,应用图象处理实验数据考得比较多,一般是用电压表和安培表配合测量电动势和内阻,变化量是U和I,由闭合电路欧姆定律变形得UE-Ir,所以用U-I图象分析,在U轴上的截距表示电动势,,图象斜率等于内阻r.电阻箱与安培表配合测量电动势和内阻,,【考点练透】,1.(2015年江苏卷)小明利用如图S9-9所示的实验装置测量,一干电池的电动势和内阻.,图S9-9,(1)图1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:,请根据表中的数据,在如图S9-10所示的坐标纸上作出U-I,图线.,图S9-10,由图线求得:电动势E_V;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:_.,解析:(1)由实验装置图可知,电流表使用0.6A量程,所,以读数为0.44A;,(2)描点画图,如图所示,根据UIrE可得电动势为E,1.6V;图线的斜率绝对值等于内阻r1.2;,(3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致,实验误差增大.,图D26答案:(1)0.44(2)如图D26所示.1.60(1.581.62均正确),1.2(1.181.26均正确),(3)干电池长时间使用后,电动势和内,阻会发生变化,导致实验误差增大.,考点2实验的改进与创新典例剖析例2:(2014年福建卷)某研究性学习小组利用“伏安法”测定某一电池组的电动势和内阻,实验原理如图S9-11甲所示,,其中,虚线框内为用灵敏电流计,改装的电流表,,,为标准,电压表,E为待测电池组,S为开关,R为滑动变阻器,R0是标称值为4.0的定值电阻.,(1)已知灵敏电流计,的满偏电流Ig100A、内阻rg,2.0k,若要改装后的电流表满偏电流为200mA,应并联一只_的定值电阻R1.(计算结果保留1位小数)(2)根据图甲,用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路.,乙,甲图S9-11(3)某次实验的数据如下表所示:,该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法),计算出电池组的内阻r_(计算结果保留2位小数);为减小偶然误差,逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是:_.(4)该小组在前面实验的基础上,为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响,用一已知电动势和内阻的标准电池组,通过上述方法多次测量后发现:电动势的测量值与已知值几乎相同,但内阻的测量值总是偏大.若测量过程无误,则内阻测量值总是偏大的原因是_.(填选项前的字母),A.电压表内阻的影响,B.滑动变阻器的最大阻值偏小C.R1的实际阻值比计算值偏小D.R0的实际阻值比标称值偏大,答案:(1)1.0(2)如图S9-12所示.(3)1.66充分利用已测,得的数据(4)CD,图S9-12,备考策略:1.考查知识点的创新对应第(1)题借助测定电池组的电动势和内阻实验,考查了电流表的改装,电流表改装的原理为:并联一只电阻R1,Igrg(IIg)R1,,即R1,Igrg,.,2.数据处理的创新对应第(3)题(1)“逐差法”一般应用在通过纸带求解加速度的实验中,本实验所记录的数据中的读数中依次相差20mA.所以也可采用逐差法计算电池组的内阻.,IIg,(3)采用逐差法处理实验数据时能够充分利用已测得的数据,以减小实验的偶然误差.,3.误差分析的创新对应第(4)题电动势测量值误差很小,说明电压表分流产生的误差可以忽略不计;通过电源的电流的测量值小于真实值,即与电流计并联的电阻R1的实际值小于计算值;由电源内阻的计算式r,UI,R0知,若R0标称值比实际值小,会导致内阻测量值总是,偏大.,还可以用以下几种方法测定电源的电动势和内阻.,【考点练透】2.(2016年四川卷)用如图S9-13所示电路测量电源的电动势和内阻.实验器材:待测电源(电动势约3V,内阻约2),保,护电阻R1(阻值10)和R2(阻值5),滑动变阻器R,电流表,,电压表,,开关S,导线若干.,实验主要步骤:()将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大,闭合开关;()逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值,记下电压表的示数U和相应电流表的示数I;()以U为纵坐标,I为横坐标,作U-I图线(U、I都用国际单位);()求出U-I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.,图S9-13,回答下列问题:,(1)电压表最好选用_;电流表最好选用_.A.电压表(03V,内阻约15k)B.电压表(03V,内阻约3k)C.电流表(0200mA,内阻约2)D.电流表(030mA,内阻约2),(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示数增大.,两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是_.A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱,C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱,另一条导,线接在电阻丝左端接线柱,D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱,另一条导,线接在电阻丝右端接线柱,(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E_,r_,代入数值可得E和r的测量值.,解析:(1)电压表内阻越大,分流越小,误差也就越小,所以选内阻较大的电压表;当滑动变阻器接入电阻最小时通过电,流表电流最大,此时通过电流表电流大小约为I,ER1R2r,176mA,所以选量程为200mA的电流表.(2)由电路分析可知,若滑动变阻器的滑片右移电压表示数变大,则滑动变阻器接入电路部分阻值增大,选项C符合题意.(3)由EUI(rR2),得UI(rR2)E,对比伏安特性曲线可知,图象斜率的绝对值krR2,所以电源内阻r,答案:(1)AC(2)C(3)kakR2,易错点电源的UI图象例3:(多选)如图S9-14所示是某电源的路端电压与电流的,),U-I图象,下列说法正确的是(A.该电源的电动势是2.8VB.该电源的短路电流是1.0AC.该电源的内阻是2.8D.该电源的内阻是0.8,图S9-14,求,错解分析:错选B、C,误把图线与I轴的截距当成了短路电流.错误原因是没有理解短路电流是路端电压为零时的电流,,而与I轴相交时路端电压为2.0V.看错短路电流后,用r,EI短,内阻,而错选C.正解分析:图线与U轴的交点表示电流为零时的路端电压,即是电动势E,A项正确;电流为1.0A时的路端电压是2.0V,所以电源的短路电流应该大于1.0A,B项错误;电源的内阻是,该图线斜率的绝对值,所以r,UI,2.82.01.0,0.8,C错,误,D正确.故选A、D.答案:AD,指点迷津:在做“测定电源电动势和内阻”实验中,由于干电池的内阻较小,斜率太小,所以描点及所连线的下部分空间得不到利用,误差太大,为此,可使纵坐标(U轴)不从零开始,把坐标比例放大,以减小误差,所以这样画出的图线与横轴(I轴)的交点并不是路端电压为零时的电流,即不是短路电流.但与纵坐标(U轴)的交点表示电流为零时的电压,还是表示电动势E.对于电源的U-I图象,应正确地理解其物理意义,不能死记结论,生搬硬套,应从闭合电路欧姆定律来理解,电动势等于开路时的路端电压,即图象中对应电流为零时的路端电压为电源电动势,而电压为零时的电流为外电路短路时的电流.,【触类旁通】,(2016年黑龙江牡丹江检测)为了测量一节干电池的电动势和内阻,某同学采用了“伏安法”,现备有下列器材:,A.被测干电池一节,B.电流表1:量程00.6A,内阻r0.3C.电流表2:量程03A,内阻约为0.1D.电压表1:量程03V,内阻未知E.电压表2:量程015V,内阻未知F.滑动变阻器1:010,2A,G.滑动变阻器2:0100,1AH.开关、导线若干,“伏安法测电池电动势和内阻”的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差;在现有器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻.,(1)在上述器材中请选择适当的器材:_(填选项前,的字母).,(2)实验电路图应选择图S9-15中的_(填“甲”或,“乙”).,甲,乙,丙,图S9-15(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U-I图象,则干电池的电动势E_V,内阻r_.,答案:(1)ABDFH,(2)甲(3)1.51,
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