高三电学实验专题--测电源电动势和内阻.doc

测电源电动势和内电阻学案 一、伏安法 1.实验原理；闭合电路欧姆定律 E=U+Ir2.分类；外接法和内接法 外接法 内接法3数据处理（1） 计算法求E、r：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值再求平均值 （2） 作图法 纵轴U表示路端电压，横轴表示闭合电路中的电流，由E=U+Ir得 ；U=E-Ir ，U与I是一次函数，是一条倾斜的直线。方法一、作图法处理数据，(U I)值列表，在U-I图中描点，最后由U-I 图线求出较精确的E和r。 图线与纵轴交点为电动势E 图线与横轴的交点为短路电流 图线的斜率表示内电阻 r 方法二、坐标轴平移干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图751(甲)所示的状况，使下部大面积空间得不到利用为此，可使纵坐标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)，如图751(乙)所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小此时图线与横轴交点不表示短路电流而图线与纵轴的截距仍为电动势要在直线上任取两个相距较远的点，用r计算出电池的内阻r.图7514 误差分析本实验的误差分析对于 （甲）电路，U值正确，I值偏小，I真=I测+Iv，Iv=URv，U趋于零时，Iv也趋于零，关系图线见（甲）图。由图可知E测E真、r测r真，对于图 （乙）电路，由图可知：E测E真，r测r真（内阻测量误差非常大）。实验室常采用（甲）电路图。 外接法；电动势和内电阻测量值都小于真实值 即都偏小。 内接法；电动势测量值等于真实值，内电阻的测量值偏大5、注意事项1选用旧电池：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1号干电池2电流不要过大，读数要快：干电池在大电流放电时，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0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电6、题型分析题型一、某同学在用电压表和电流表测干电池的电动势和内阻的实验中，得到的实验结果如下图所示，造成图线弯曲的原因最可能是（D ） A伏特表内阻过小B安培表内阻过大C变阻器阻值过大 D电源放电电流过大题型二、 某实验小组利用如图752所示电路测定一节电池的电动势和内电阻，备有下列器材：待测电池，电动势约为1.5 V(小于1.5 V)电流表，量程3 mA电流表，量程0.6 A电压表，量程1.5 V电压表，量程3 V滑动变阻器，020 开关一个，导线若干(1)请选择实验中需要的器材_(填标号)(2)按电路图将实物(如图753所示)连接起来(3)小组由实验数据作出的UI图象如图754所示，由图象可求得电源电动势为_ V，内电阻为_ .图753图754解析(1)根据本实验的原理以及特点，所选器材是；(2)根据电路图连接实物图时，一定要看清电路的结构，滑动变阻器的接线柱所在的位置，注意导线不能交叉；(3)电源的电动势是纵轴截距1.45 V，内电阻r 2.9 .答案(1)(2)如图所示(3)1.452.9题型三、在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”实验中，某同学测得了七组数据（如下表）(1)根据表中实验数据在图中作出IU图线；从图线中得出，电源电动势E= V，内电阻r= .(2)若一位同学未画出图线，只选用其中两组U和I的数据，根据公式E= U1+I1r和E=U2+I2r算出E和r，这样做可能得出误差很大的结果，则他选用其中第 组和第 组数据时算得的结果误差大答案：(1)1.46 0. 73 (2)3 5（图线略）题型四、（测定干电池的电动势和内阻）用右图所示的电路，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0.6A、3A）；（b） 电压表（量程3V、15V）（c） 定值电阻（阻值1、额定功率5W）（d） 定值电阻（阻值10，额定功率10W）（e） 滑动变阻器（阴值范围0-10、额定电流2A）（f） 滑动变阻器（阻值范围0-100、额定电流1A）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（1.5V），所选量程为3V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几左右，加上保护电阻，最大电流在0.5A左右，所以选量程为0.6A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。关于系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的，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，E测E真答案(1)R(2)如图所示(3)6.0(5.86.2都可以)20(1.82.2都可以)(4)题型三、（09年北京高考题）某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E 和内电阻，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为9.999，科当标准电阻用） 一只电流表（量程=0.6A,内阻）和若干导线。(1)请根据测定电动势E内电阻的要求，设计图甲中器件的连接方式，画线把它们连接起来。图 甲图 乙 (2)接通开关，逐次改变电阻箱的阻值,读处与对应的电流表的示数I,并作记录,当电阻箱的阻值时，其对应的电流表的示数如图乙所示。处理实验数据时首先计算出每个电流值I 的倒数;再制作R-坐标图，如图丙所示，图中已标注出了（）的几个与测量对应的坐标点，请你将与图乙实验数据对应的坐标点也标注在图丙中上。(3)在图丙上把描绘出的坐标点练成图线。(4)根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E= V,内电阻 解析：根据闭合电路欧姆定律，测量电源的电动势和内电阻，需要得到电源的路端电压和通过电源的电流，在本实验中没有电压表，但是可以用电阻箱和电流表串联充当电压表，测量电源的路端电压，通过电流表的电流也是通过电源的电流，所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可。实物图的连接如答图4所示。由闭合电路欧姆定律有：E =I（R+r+rg），解得：，根据R-1/I图线可知：电源的电动势等于图线的斜率，内阻为纵轴负方向的截距减去电流表的内阻。（1）15.02 2.31；6.6102 (2) 见答图4 见答图6 见答图6 1.5（1.461.54）；5（2013甘肃省兰州市诊断考试）某同学要测量一节旧电池的电动势和内阻，实验器材仅有一个电流表、一个电阻箱、一个开关和导线若干，该同学按如图所示电路进行实验，测得的数据如下表所示。实验次数12345R()4.010.016.022.O28.OI(A)1.000.500.340.250.20 (A-1)1.O2.02.94.05.O (1)为了便于分析，一般采用线性图象处理数据，请写出与线性图象对应的物理量R的函数关系式 (2)利用测得的数据在坐标纸上画出适当的图象； (3)由图象可知，该电池的动势为E= V，内阻r= ；(4)利用该实验电路测出的动动势E测和内阻r测与真实值E真和r真相比，理论上E测 E真，r测 r真(选填“”、“”或“=”)。2、在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，现有下列器材：待测干电池一节；电流计G(满偏电流为2.5 mA，内阻为199 )；定值电阻R11.0 ；定值电阻R299.5 ；电阻箱R(099.9 )；开关S、导线若干。(1)请在下面所给方框内，画出实验电路图，其中定值电阻应选用_(选填“R1”或“R2”)；(2)某同学在实验中测出了电阻箱的电阻R和电流计G的示数Ig，记录数据见下表。请在下面坐标图中描点作出R图线。次数物理量123456R/ 1.62.12.23.24.25.6Ig/mA2.252.001.671.501.251.00/(mA)10.440.500.600.670.801.00图实99(3)根据图线可求得，被测电池的电动势E_V，内阻r_ 。解析电流计量程太小，应先与定值电阻R1并联，将量程扩大为IIg0.002 5 A0.497 5 A0.5 A，由闭合电路欧姆定律得EI(RrRA)(Ig)(RrRA)，整理可得()R()(rRA)，其中RA 0.995 ，结合图线可得E1.44 V(1.401.48 V均对)，r0.59 (0.400.78 均对)。答案(1)实验电路图如图甲所示R1(2)如图乙所示(3)1.44(1.401.48均可)0.59(0.400.78均可)二、伏阻法（用一个电压表和电阻箱或两个定值电阻）1测量原理为：闭合电路欧姆定律 电路如图所示 甲和乙 甲 乙 3数据处理(1)计算法测出两组U、R，列方程组 （2） 作图法作图法一、由闭合电路欧姆定律得：E(rR)，整理得到，利用图中直线与纵轴的焦点数据求得E ，还可以得到图线的斜率，即可得到电池内电阻r 3 误差分析此种方法测得的电动势和内阻均偏小E测E真、r测r真。4、题型分析题型一、（18分）（2013北京市西城区一模）在实验室测量两个直流电源的电动势和内电阻。电源甲的电动势大约为4.5V，内阻大约为1.5；电源乙的电动势大约为1.5V，内阻大约为1。由于实验室条件有限，除了导线、开关外，实验室还能提供如下器材：A. 量程为3V的电压表VB. 量程为0.6A的电流表A1C. 量程为3A的电流表A2D. 阻值为4.0的定值电阻R1E. 阻值为100的定值电阻R2F. 最大阻值为10的滑动变阻器R3G. 最大阻值为100的滑动变阻器R4 （1）选择电压表、电流表、定值电阻、滑动变阻器等器材，采用图1所示电路测量电源甲的电动势和内电阻。定值电阻应该选择 （填D或者E）；电流表应该选择 （填B或者C）；滑动变阻器应该选择 （填F或者G）。分别以电流表的示数I和电压表的示数U为横坐标和纵坐标，计算机拟合得到如图2所示UI图象，U和I的单位分别为V和A，拟合公式为U=5.6I+4.4。则电源甲的电动势E = V；内阻r = （保留两位有效数字）。在测量电源甲的电动势和内电阻的实验中，产生系统误差的主要原因是 V图3定值电阻K1K2A. 电压表的分流作用B. 电压表的分压作用C. 电流表的分压作用D. 电流表的分流作用E. 定值电阻的分压作用（2）为了简便快捷地测量电源乙的电动势和内电阻，选择电压表、定值电阻等器材，采用图3所示电路。定值电阻应该选择 （填D或者E）。实验中，首先将K1闭合，K2断开，电压表示数为1.48V。然后将K1、K2均闭合，电压表示数为1.23V。则电源乙电动势E = V；内阻r = （小数点后保留两位小数）。题型二、为了测量由两节干电池组成的电池组的电动势和内电阻，某同学设计了如图7513甲所示的实验电路，其中R为电阻箱，R05 为保护电阻(1)按照图甲所示的电路图，某同学已经在图乙所示电路中完成部分导线的连接，请你完成余下导线的连接图7513图7514(2)断开开关S，调整电阻箱的阻值，再闭合开关S，读取并记录电压表的示数及电阻箱接入电路中的阻值多次重复上述操作，可得到多组电压值U及电阻值R，并以为纵坐标，以为横坐标，画出的关系图线(该图线为一直线)，如图7514所示由图线可求得电池组的电动势E_V，内阻r_.(保留两位有效数字)(3)引起该实验系统误差的主要原因是_ _.解析(1)对电路图的连接按照一定的顺序进行，先串后并，从R0的左端连接电阻箱R的一个接线柱，另一个接线柱和电池组的负极相连，电压表并在R两端，连接电压表的“”和“3”两个接线柱；(2)对电路图甲图由闭合电路欧姆定律得：E(rR0R)，整理得到，利用丙图中直线与纵轴的焦点数据求得E，并保留两位有效数字即为2.9，还可以得到图线的斜率，即可得到电池内电阻r为1.1；(3)由甲图可以知道该实验系统误差的主要原因在于电压表的分流作用，造成流过电阻箱的电流比流过电池组的电流小答案(1)如图所示(2)2.91.1(或1.2)(3)电压表的分流作用造成流过电阻箱的电流总是比电池实际输出电流小(说出电压表的分流作用即可)题型三、 (2013安徽高考)（7分）根据闭合电路欧姆定律，用图所示电路可以测定电池的电动势和内电阻。图中R0两端的对应电压U12,对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的。根据实验数据在坐标系中描出坐标点，如图2所示。已知，请完成以下数据分析和处理。20 40 60 80 100 120 140 160 0.70 0.80 0.90 1.001.10 1.20 1.301.40 1.50图2（1）图2中电阻为 的数据点应剔除；（2）在坐标纸上画出关系图线；（3）图线的斜率是 ，由此可得电池电动势 V。R0RSEn rn1 2图1【答案】(1)80.00 (2)如图所示 (3)0.00444 1.5020 40 60 80 100 120 140 160 0.70 0.80 0.90 1.001.10 1.20 1.301.40 1.50练习三1现有一种特殊的电池,它的电动势为E,约为9V,内阻约为50,已知该电池允许输出的最大电流为50mA,为了测定这个电池的电动势和内阻,某同学利用如图(a)所示的电路进行实验,图中电压表的内阻很大,对电路的影响可不考虑,R为电阻箱,阻值范围0-9999 ,R0是定值电阻,起保护电路的作用 (1)实验室备有的定值电