金板学案高考物理一轮复习 第8章 第5课 实验：测定电源的电动势和内阻练习.doc

第5课实验：测定电源的电动势和内阻一、实验目的1掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法2学会用图象法求电源的电动势和内阻二、实验原理1实验依据闭合电路欧姆定律2实验电路如图所示：3e和r的求解由ueir，4作图法数据处理如图所示：(1)图线与纵轴交点为e.(2)图线与横轴交点为i短.(3)图线的斜率绝对值表示r.三、实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等四、实验步骤1电流表用0.6 a量程，电压表用3 v量程，按图连接好电路2把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端3闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(i1，u1)用同样方法测量出多组i、u值填入表格中4断开开关，拆除电路，整理好器材五、数据处理本实验中数据的处理方法：一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法第1组第2组第3组第4组第5组第6组u/vi/a方法一：联六组对应的u、i数据，数据满足关系式u1ei1r、u2ei2r、u3ei3r让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组e、r，取其平均值作为电池的电动势e和内阻r的大小方法二：在坐标纸上以路端电压u为纵轴、干路电流i为横轴建立ui坐标系，在坐标平面内描出各组(i，u)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标值即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率绝对值即为电池的内阻r，即r.六、误差分析 1偶然误差(1)由读数不准和电表线性不良引起误差(2)用图象法求e和r时，由于作图不准确造成的误差(3)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起e、r变化2系统误差由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差(1)如图甲所示，在理论上eu(ivia)r，其中电压表示数u是准确的电源两端电压而实验中忽略了通过电压表的电流iv而形成误差，而且电压表示数越大，iv越大结论：当电压表示数为零时，iv0，iai短，短路电流测量值真实值e测e真因为r测，所以r测r真从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和e测)，如图乙所示，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻r断开时，a、b两点间电压uab等于电动势e测，此时电源与电压表构成回路，所以uabe真，即e测e真(2)若采用如图甲所示的电路，ia为电源电流真实值，理论上有euuaiar，其中ua不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，ua越大，当电流为零时，ua0，电压为准确值，等于e.结论：e为真实值i短测i短真因为r测，所以r测r真，r测为r真和ra的串联值，由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的测量误差非常大七、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干电池)2要测出不少于6组的(i、u)数据，且变化范围要大些，然后用方程组求解，并求平均值3画ui图线时，由于读数的偶然误差，描出的点不在一条直线上，在作图时应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的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就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度4由于干电池的内阻较小，路端电压u的变化也较小，这时画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，而图线与纵轴的截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻八、实验改进测电源的电动势和内阻的其他几种方法1用一个电流表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为：ei1(r1r)，ei2(r2r)，由此可求出e和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大2用一个电压表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为：eu1r，eu2r，由此可求出r和e，此种方法测得的电动势和内阻均偏小3用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源电动势，此时ue，需满足rvr.4用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示测量方法为：断开s，测得v1、v2的示数分别为u1、u2，此时，eu1u2r，rv为v1的内阻；再闭合s，v1的示数为u1，此时eu1r，解方程组可求得e.1用如图所示的电路测量电池电动势和内电阻时，若有两只电压表v1、v2量程相同，内阻分别为rv1、rv2，且rv1rv2；两只电流表a1、a2量程相同，内阻分别为ra1、ra2，且ra1ra2，在实验中，为了使e、r的测量值更精确一些，选择的电表可以是(ab)av1与a1 bv1与a2cv2与a1 dv2与a2解析：本实验的系统误差主要来源于电压表内阻对电路的影响，电压表内阻越大，电流表所测电流越接近于干路中的电流的真实值，所测电池的内阻也越接近电池内阻的真实值，故电压表选用内阻大的好，而电流表内阻对本实验无影响，因为电流表内阻与r是串联，不需知道r与ra的值，故电流表选用哪一个都可以故选a、b.2下面给出多种用伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是(c)a测出两组i、u的数据，代入方程组eu1i1r和eu2i2r，求出e、rb多测几组i、u的数据，求出几组e、r，最后分别求出其平均值c测出多组i、u的数据，画出ui图象，再根据图象求出e、rd测出多组i、u的数据，分别求出i和u的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势e，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r解析：测出多组i、u的数据，画出ui图象可消除某次测量不准造成的偶然误差，选c.课时作业1如图甲所示，电压表v1、v2串联接入电路中时，示数分别为6 v和4 v，当只有电压表v2接入电路中时，如图乙所示，示数为9 v，电源的电动势为(c)a9.8 v b10 vc10.8 v d11.2 v解析：设电源的电动势和内阻分别为e和r，电压表v2的内阻为r2，根据闭合电路欧姆定律，对图甲和图乙分别有：e64r，e9r，解得：e10.8 v故只有选项c正确2在测量一节干电池电动势和内阻的实验中，某学生采用了如图所示实验器材连接，请指出该学生在接线中错误和不规范的做法(1)_；(2)_；(3)_；(4)_答案：(1)滑动变阻器不起变阻作用(2)电流表正负接线柱错误(3)电压表量程选用不当(4)电压表没有并接在开关和电源串联后的两端3为了测量一节干电池的电动势和内阻，某实验小组按如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_.答案：滑动变阻器阻值太大，有效使用的部分太短选择阻值更小的滑动变阻器1.482.44现有一个阻值为10.0 的定值电阻、一个电键、若干根导线和一个电压表，该电压表盘面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测量某电源内阻的实验方案(已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧姆)(1)在下面的方框中画出实验电路图(2)简要写出完成接线后的实验步骤_.(3)写出用测得的量计算电源内阻的表达式r_.解析：电压表指针偏转角度与通过电压表的电流，或者与加在电压表两端的电压成正比，因此表盘面无刻度值也可以用格数的多少表示电压的大小，当断开电键时，电压表偏转格数n1表示电源电动势的大小电键闭合时，n2表示r两端电压，根据闭合电路欧姆定律，得rr.答案：(1)如图所示(2)断开电键，记下电压表偏转格数n1；合上电键，记下电压表偏转格数n2(3)r5利用伏安法测量干电池的电动势和内阻，现有的器材为：干电池：电动势约为1.5 v，符号电压表：量程1 v，内阻998.3 ，符号电流表：量程1 a，符号滑动变阻器：最大阻值10 ，符号电阻箱：最大阻值99 999.9 ，符号单刀单掷开关一个，符号导线若干(1)设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在下面的方框内要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负(2)为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的_倍，电阻箱阻值为_.解析：(1)电源电动势为1.5 v，而电压表最大量程为1 v，需将电压表扩大量程再用，故电压表应与电阻箱串联使用，设计电路如右图所示(2)为保证实验精确度，应将电压表量程扩大为2 v，即原来的2倍，由可知，rrv998.3 .答案：(1)见解析图(2)2998.36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(a)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(c)所示，读得电阻值是_；b将开关s1闭合，开关s2断开，电压表的示数是1.49 v；c将开关s2_，电压表的示数是1.16 v；断开开关s1.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