2017-2018学年高中物理直流电路第7讲学生实验：测量电源的电动势和内阻学案教科版.docx

第7讲 学生实验：测量电源的电动势和内阻目标定位1.知道测量电源的电动势和内阻的实验原理.2.通过实验过程，掌握实验方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法.3.尝试分析电源电动势和内阻的测量误差，了解测量中减小误差的方法一、实验原理和方法1伏安法：由EUIr知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表，电路图如图1所示 图1 图22安阻法：由EIRIr可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图2所示3伏阻法：由EUr知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图3所示图3二、实验步骤(以伏安法为例)1电流表用00.6 A量程，电压表用03 V量程，按实验原理图连接好电路(如图1)2把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最大3闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)用同样的方法测量几组I、U值4断开开关，整理好器材5处理数据，用公式法和图像法这两种方法求出电池的电动势和内阻三、实验数据的处理1计算法：由EU1I1r，EU2I2r可解得E，r.可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值2作图法：图4(1)本实验中，为了减少实验误差，一般用图像法处理实验数据，即根据多次测出的U、I值，作UI图像；(2)将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就是电池电动势E；(3)横轴截距点(路端电压U0)意味着短路情况，它的数值就是短路电流；(4)图线斜率的绝对值即电池的内阻r，即r|，如图4所示四、注意事项1为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表2实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池因大电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化3当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始图5如图5所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r|求出五、误差分析1偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作UI图像时描点不准确2系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在UI坐标系中表示出来，可以得到E测E真，r测r真例1在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中(1)备有如下器材A干电池1节B滑动变阻器(020 )C滑动变阻器(01 k)D电压表(03 V)E电流表(00.6 A)F电流表(03 A)G开关、导线若干其中滑动变阻器应选_，电流表应选_(只填器材前的序号)(2)为了最大限度的减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图图6(3)某同学根据实验数据画出的UI图像如图6所示，由图像可得电池的电动势为_ V，内阻为_ .(4)写出该实验误差的原因：_；电动势的测量值_真实值，内阻的测量值_真实值(填“大于”“等于”或“小于”)解析(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因干电池内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可，故滑动变阻器应选B.(也可以从便于调节的角度来分析，应该选择阻值较小的滑动变阻器)电流表的量程要大于电源允许通过的最大电流，对于干电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5 A，故需要选择00.6 A，所以电流表应选E.(2)电路图如图所示(3)由UI图像可知：纵轴截距为1.5 V，故干电池的电动势为1.5 V；内阻r 1 .(4)由于电压表的分流作用，使电流表读数总是比干路电流小，造成E测E真，r测r真答案(1)BE(2)见解析图(3)1.51(4)电压表的分流小于小于例2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(R05 )一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图7(a)(1)在图(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(2)请完成下列主要实验步骤：检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图(c)所示，读得电阻值是_；将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49 V；将开关S2_，电压表的示数是1.16 V；断开开关S1.(3)使用测得的数据，计算出干电池的电动势是_，内阻是_(计算结果保留两位有效数字)图7解析(2)由题图(c)读得电阻箱阻值为R20 ；将S1闭合，S2断开，电压表示数为电源电动势E1.49 V，将S2再闭合，电压表示数为电阻箱R两端电压将电压表视为理想电表，则干路电流I A0.058 A.(3)因为I，所以rR0R 0.69 .答案(1)如图所示(2)20 闭合(3)1.49 V0.69 (1)外电路断路时外电压等于电动势，即例2中S2断开时电压表示数为电动势(2)不管哪种方法，测电动势和内阻的原理都是闭合电路的欧姆定律例3某研究性学习小组利用如图8甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r.根据实验数据绘出如图乙所示的R图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E_，r_图8解析由欧姆定律有，EI(Rr)，Rr.由此知图线的斜率为电动势E，纵轴截距大小为内阻r.E V2.8 V，r1 .答案2.8 V(2.72.9 V均可)1 本题依据的基本公式EIRIr，并给出了R图像，体现了物理实验数据的“化曲为直”的思想首先由EIRIr变形得出Rr，然后分析图像的截距和斜率的意义，得到结论.1用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r，所用电路如图9(a)所示，一位同学测得的六组数据如下表所示.组别123456电流I/A0.120.200.310.320.500.57电压U/V1.371.321.241.181.101.05图9(1)试根据这些数据在图(b)中作出UI图线(2)根据图线求出电池的电动势E_V，电池的内阻r_.答案(1)见解析图(2)1.450.69解析(1)作图线时应使尽可能多的点落在直线上，个别偏离太远的点应舍去，图线如图所示(2)由图线与纵轴的交点可得电动势E1.45 V，再读出图线与横轴交点的坐标(0.65，1.00)，由EUIr得r0.69 .2小明利用如图10所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻图10(1)图中电流表的示数为_A.(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：U/V1.451.361.271.161.06I/A0.120.200.280.360.44请根据表中的数据，在方格纸上作出UI图线由图线求得：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_ _答案(1)0.44(2)UI图象见解析1.60(1.581.62都算对)1.2(1.181.26都算对)(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大解析(1)电流表使用的量程为00.6 A，所以电流表读数为0.44 A.(2)描点连线得到UI图像，如图所示根据EUIr，图像中纵截距为电动势，所以E1.60 V(1.581.62都算对)，斜率大小为内阻，所以r1.2 (1.181.26都算对)(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大.1(多选)用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，下列说法中错误的是()A应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表读数变化明显B应选用内阻较小的电压表和电流表C移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载D使滑动变阻器阻值尽量大一些，测量误差才小答案BD解析伏安法测电池的电动势和内阻实验中，应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表，滑动变阻器阻值不能太大，如果太大不便于调节2某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是()A一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器B一个伏特表和多个定值电阻C一个安培表和一个电阻箱D两个安培表和一个滑动变阻器答案D解析根据闭合电路欧姆定律可得EUIr，测量多组数据U、I可求E、r，A可取；由E(rR)，可知测量多组数据U、R可求E、r，B可取；由EI(Rr)可知，测量多组数据I、R可求E、r，C可取；D中两个安培表和滑动变阻器，由于不知道滑动变阻器电阻的阻值，故无法求出E、r，D不可取3给你一个电压表、一个电阻箱、开关及导线等器材：(1)在虚线框内画出根据闭合电路欧姆定律测定一节旧的干电池的电动势和内阻的实验电路图(2)在实验过程中，将电阻箱拨到45 时，电压表读数为0.9 V；若将电阻箱拨到如图1甲所示的位置时，电压表读数如图乙表盘所示根据以上数据，可以算出该节电池的电动势E_ V，内阻r_ .(结果均保留两位有效数字)图1答案(1)电路图如图所示(2)1.319解析由EUr得E0.9r，E1r，得E1.3 V，r19 .4在利用伏安法测定电池的电动势和内阻的实验中，某同学的实际连线如图2甲所示(电流表A：00.63 A，电压表V：0315 V)图2(1)经仔细检查、诊断知，该图中有两处不太合理的连线，那么这两处不太合理的连线对应的编号是_(2)若利用改正后的正确的连线图，实验后，测得数据，并画出电池的伏安特性图像(UI图)如图乙则该电池的电动势为_，电源内阻为_答案(1)(2)3 V2 5某同学在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5 的保护电阻R0，实验电路如图3甲所示图3(1)按图甲电路原理图将图乙实物连接起来(2)该同学顺利完成实验，测出的数据如表所示请你根据这些数据帮他在图4中画出UI图像，并由图像得出电池的电动势E_ V，内阻r_ .I/A0.100.170.230.30U/V1.201.000.800.60图4答案(1)如图所示(2)如图所示1503.06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，他们测量这种电池的电动势E和内阻r，并探究电极间距对E和r的影响实验器材如图5所示图5(1)测量E和r的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U和流过电源的电流I，依据公式_，利用测量数据作出UI图像，得出E和r.(2)将电压表视为理想电表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在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，分别得到相应果汁电池的UI图像如图6中(a)、(b)、(c)、(d)所示，由此可知图6在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势_(选填“增大”、“减小”或“不变”)，电源内阻_(选填“增大”、“减小”或“不变”)答案(1)UEIr(2)见解析图(3)不变增大解析(1)根据闭合电路欧姆定律I得，路端电压UIREIr.(2)根据题目要求，应采用电流表相对于滑动变阻器的内接法，实物连接如图所示(3)由于UI图像的纵截距等于电源的电动势，斜率的绝对值等于电源的内阻，由题图可知，随电极间距的减小，电源电动势不变，内阻增大7在测定电池电动势和内阻的实验中，实验室仅提供下列实验器材：A干电池两节，每节电动势约为1.5 V，内组约几欧姆B直流电压表V1、V2，量程均为03 V，内阻约为3 kC电流表，量程0.6 A，内阻小于1 D定值电阻R0，阻值为5 E滑动变阻器R，最大阻值50 F导线和开关若干(1)如图7所示的电路是实验室测定电池的电动势和内阻的电路图，接该电路图组装实验器材进行实验，测得多组U、I数据，并画出UI图像，求出电动势和内电阻电动势和内阻的测量值均偏小，产生该误差的原因是_，这种误差属于_(填“系统误差”或“偶然误差”)图7(2)实验过程中，电流表发生了故障，某同学又设计了图8所示的电路测定电池的电动势和内阻，连接的部分实物电路如图9所示，其中还有一根导线没有连接，请你补上这