届物理第一轮总复习精讲课件：7.7实验：测定电源的电动势和内电阻.ppt

第7节 实验：测定电源的电动势和内电阻,一、实验目的 1. 测定电源的电动势和内阻 2. 认识电源输出电压随电流变化的图象 二、实验原理 1. 实验电路图如图所示 2. 电动势与内阻的求解,三、实验器材 电池(待测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线和坐标纸 四、实验步骤 1. 连接电路：确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好,2. 测量数据：闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组I、U值,3. 整理器材：断开开关，整理好器材 4. 数据处理：计算法或在坐标纸上作UI图，求出E、r. 五、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(选用已使用过一段时间的1号干电池),2. 干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，故长时间放电时电流不宜超过0.3 A，短时间放电时电流不宜超过0.5 A.因此，实验中不要将R调得过小，读电表示数要快，每次读完应立即断电 3. 要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组、第2和第5为一组、第3和第6为一组，分别解出E、r值再取平均值 4. 在画UI图线时，要使较多的点落在这条直线上或使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不予考虑这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高测量的精度,1. 每次读完电表示数没有立即断电，造成E、r变化 2. 测量电路存在系统误差，实验电路采用电流表内接法时，I真I测IV，未考虑电压表的分流，实验电路电流表外接法时，电路中U真U测UA，未考虑UA. 3. 用图象法求E、r时，作图不准确造成偶然误差,六、误差分析,4. 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，定性分析如下(参考电路原理图内接法)：由于电压表的分流，电流表的测量值偏小，而且随着U越大，电流表的测量值偏小越多当U0时，电流表的测量值等于真实值(这时要求电流表是理想的)据此作出如图所示的真实和测量的UI图线，由图不难看出，E、r的测量值均小于真实值,例1 用如图所示电路，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R0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： (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)；,题型一：实验器材的选取,(d)定值电阻(阻值10 、额定功率10 W)； (e)滑动变阻器(阻值范围010 、额定电流2 A)； (f)滑动变阻器(阻值范围0100 、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；R0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】由于电源是一节干电池(1.5 V)，所以选量程为3 V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0.5 A左右，所以选量程为0.6 A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010 能很好地控制电路中的电流和电压，若取0100 会出现开始几乎不变最后突然变化的现象 关于系统误差一般是由测量工具和所用测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测E真，r测r真,【答案】(1)3 0.6 1 010 (2)电压表的分流,【方法与知识感悟】测定电源电动势和内阻的实验中，对于滑动变阻器的选取，一般阻值不宜过大，否则造成电压表的示数变化不明显，一般选阻值比电源内阻大几倍的即可,例2某同学利用如下右图所示电路测电池的电动势和内电阻，记录的6组数据如下表所示 (1)为了使实验结果相对精确，请根据数据分布的特点，在下图给出的UI坐标轴上标上合适的坐标值，并作出UI图象,题型二：数据的处理,(2)根据图象求出电池的电动势E_V，电池的内电阻r_ .,【解析】(1)首先在坐标纸上确定U、I的坐标值，然后在坐标纸上描点，作出图线为直线，如图所示 (2)从作出的图线得出，图线在U轴上的截距为1.46，即电源的电动势为1.46 V；图线的斜率的绝对值为0.72，即电源的内阻为0.72 .,【答案】(1) (2)1.46 0.72,【方法与知识感悟】在测定电源电动势和内阻实验中作图处理数据时，由于干电池内阻较小使得路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多，由此描点绘图，如图甲所示，这样图线未布满整个坐标纸，斜率的计算误差大为作图方便，在画UI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(横坐标I必须从零开始)但这时图线和横轴的交点不再是短路电流I短，不过图线与纵轴的截距仍为电动势，直线斜率的绝对值仍是电源的内阻如图乙所示,例3 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1.5 V的干电池外，还有一个方形的电池(层叠电池)，如图所示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(两个量程：一个Ig0.6 A，内阻rg0.1 ；一个Ig3 A，rg0.05 )和若干导线,题型三：实验的拓展创新,(1)请根据测定电动势E、内电阻r的要求，在矩形框中画出电路图，并按电路图把器件连接起来 (2)接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，填入下表，其中某次电阻箱的阻值R2.6 时，其对应的电流表的示数如右图所示，请你读出并填在空格里,【答案】(1)电路图和实物图的连接如图所示(注意电流表要连在0.6 A的量程上) (2)0.50 (3)描点画图如解析图所示 1.5(在1.461.54间取值均算对) 0.3(在0.250.35间取值均算对),*1如图为某次测定电源的电动 势和内阻所作的图象，有关这个 图象的说法正确的是( ) A纵轴截距表示待测电源的电动势，即E3 V B横轴截距表示短路电流，即I短0.6 A C根据rE/I短，计算出待测电源内阻为5 D根据rU/I，计算出待测电源内阻为1 ,AD,【解析】由UI函数图象知，UrIE.关键是纵轴起点不是0，而是2.4 V因此横轴交点不再是I短，I短0.6 A，B、C错误，A、D正确,2测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4.5 V，r约为1.5 ) 器材：量程3 V的理想电压表，量程0.5 A的电流表(具有一定内阻)，固定电阻R4 ，滑动变阻器R，开关S，导线若干 (1)画出实验电路原理图图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出,(2)实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2.则可以求出 E ，r .(用I1、I2、U1、U2及R表示),1在测一节干电池(电动势约为1.5 V，内阻约为2 )的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选：A电压表量程为15 V，B电压表量程为3 V，A变阻器为(020 ，3 A)，B变阻器为(0500 ，0.2 A)电压表应该选 (选填“A”或“B”)，这是因为 变阻器应该选 (选填“A ”或“B ”)，这是因为 ,B,A电压表量程过大，读数误差较大,A,B变阻器额定电流过小，调节不方便,【解析】电动势为1.5 V，而A电压表量程为15 V，若用A则很难精确读数，误差太大B变阻器电阻太大而额定电流过小，调节不方便,【巩固基础】,2现要测电阻R0的阻值和干电池组的电动势E及内阻r.给定的器材有：两个内阻极大的电压表V(量程均为3 V)，内阻可忽略不计的电流表A(量程为0.6 A)，滑动变阻器R，待测电阻R0，两节串联的电池，电键S及导线若干某同学设计一个如图(a)所示的电路，同时测电阻R0的阻值和电池组的电动势及内阻，调节变阻器，两电压表和电流表分别测得多组U1、U2、I的读数，并在同一坐标纸上作出U1I图象和U2I图象，见图(b) 由图可得出电阻R0阻值为 .,4.0,3为了测定一节干电池的电动势和内阻，某实验小组按图甲所示的电路图连好实验电路，合上开关，电流表和电压表的读数正常，当将滑动变阻器的滑片由A端向B端逐渐滑动时，发现电流表的示数逐渐增大，而电压表的示数接近1.5 V且几乎不变，直到当滑片滑至临近B端时电压表的示数急剧变化，这种情况很难读出电压数值分布均匀的几组不同的电流值、电压值，出现上述情况的原因是 改进方法是 改进后，测出几组电流、电压的数值，并画出如图乙所示的图象，由图象可知，这个电池的电动势为E V，内阻r .,换用总阻值更小的滑动变阻器,器总阻值太大，有效使用的部分太短,滑动变阻,1.48(1.461.48均可),2.4(2.32.4均可),【提升能力】,4现有一特殊的电池，其电动势E约为9 V，内阻r在35 55 范围，最大允许电流为50 mA.为测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图甲所示的电路进行实验图中电压表的内电阻很大，对电路的影响可以不计，R为电阻箱，阻值范围为0 9 999 ，R0是定值电阻,(1)实验室备有的保护电阻R0有以下几种规格，本实验应选用( ) A10 ，2.5 W B50 ，1.0 W C150 ，1.0 W D1 500 ，5.0 W (2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱 的阻值读出电压表的示数U，再改变电阻箱阻值，取得多组数据，作出了如图乙所示的图线则根据该同学所作的图线可知图象的横坐标与纵坐标的比值表示 ,C,电流I,(3)根据乙图所作出的图象求得该电池的电动势E为_V，内电阻r为_.,10,50,5. 图(a)是利用两个电流表和测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图图中S为开关，R为滑动变阻器，固定电阻R1和A1内阻之和为10000 (比r和滑动变阻器的总电阻都大得多)，A2为理想电流表 (1)按电路原理图在图(b)虚线框内各实物图连成电路,(2)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑片c移动至 (填“a端”、“中央”或“b端”) (3)闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片c至某一位置，读出电流表A1和A2的示数I1和I2.多次改变滑片c的位置，得到的数据如下表.,b,在图(c)所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1I2曲线,(4)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) (5)该电路中电源输出的短路电流Im A.,1.49(1.481.50,范围内同样给分),0.60(0.550.65范围内,同样给分),2.5(2.32.7范围内,同样给分),【解析】本题主要考查了实物图连接、实验注意事项、数据处理，本实验是用两个电流表测电源电动势和内阻，实质是将电流表A1与一定值电阻串联，改装成电压表使用 (1)实物连接如图(2)实验前应使滑动变阻器接入电路的电阻最大，因此应使滑片移到b端 (3)作I1I2图象如图,(4)电动势EI1(图象与纵轴截距)10000 V1.49 V，电源的内阻rk(图象斜率)100000.60 .,6某研究性学习小组利用图(a) 所示的电路测量某蓄电池的电动 势E和内电阻r.由于蓄电池的内阻 很小，因此在电路中接入一个定值电阻R0 2.0 .闭合开关S，调整电阻箱R的阻值，读出电压表相应的示数U，得到数据如下表：,为了准确地得出实验结论，该小组的同学准备用图象来处理实验数据。图象的纵坐标表示电压表读数U，则图象的横坐标表示的物理量应该是 ； 计算出与该组数据对应的物理量。 请在图(b)所给的坐标纸中作图，利用图象得到E V，r_.,2.00,0.40,(b),7在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用的电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图所示的实物电路,(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”),最大值,(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R010 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),2,【再上台阶】,8某班举行了一次物理实验操作技能比赛，其中一项比赛为用规定的电学元件设计合理的电路图，并能较准确的测量若干个由几节电池组成的电池组(均密封，只引出正负电极)的电动势及其内阻给定的器材如下： A电流表G(满偏电流10 mA，内阻10 ) B电流表A(00.6 A3 A，内阻未知) C滑动变阻器R0(0100 ，1 A) D定值电阻R(阻值990 ) E开关与导线若干,(1)请你用以上仪器设计测量该电池电动势和内阻的电路图，并补全在虚线框中(注意应使开关闭合前滑动变阻器的滑片置于最右端),(2) 右图为小刘同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，则由图线可以得到被测电池的电动势E_V，内阻r_.,7.5,5.0,(3)另一位小张同学对另一电池组也用上面的实验电路进行测量，初始时滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上电键后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表A才有读