实验3测量电源的电动势和内阻

1、实验 3测量电源的电动势和内阻学 习 目 标 1.知道测量电源的电动势和内阻的实验原理，会设计测量电动势和内阻的电路2.掌握实验的方法和实验数据处理的方法 知 识 探 究一、测定电池电动势和内阻的实验方案设计1伏安法由 E UIr 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 12.安阻法由 E IRIr 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所示图 23.伏阻法U由 E U

2、 Rr 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、实验操作与实验数据的处理1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(2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路中的阻值最大(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(I 1、U1 )用同样的方法测量几组I、 U 值(4)断开开关，整理好器材第 1页(5)处理数据，用公式法和图象法这两种方法求出电池的电动势和内阻2实验数据的处理(1)公

3、式法依次记录的多组数据 (一般 6 组)如表所示：实验序号123456I/AI 1I2I3I 4I5I 6U/VU1U2U3U4U5U6分别将 1、4 组， 2、 5 组， 3、6 组联立方程组解出 E1、 r1， E2、r 2， E3、r 3，求出它们的平均值作为测量结果1 E2E31 r2r 3EE3， r r3.(2)图象法根据多次测出的U、I 值，作 U-I 图象；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；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E；r图线斜率的绝对值等于电池的内阻 r ，即 rUE，如图 4II短所示图 43注意

4、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，防止干电池大电流放电时内阻r 的明显变化(3)当干电池的路端电压变化不很明显时，作图象时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始如图 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 U求出I图 5第 2页 典例剖析 利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻，要求尽量减小实验误差图 6(1)应该选择的实验电路是图6 中的 _(填“甲”或“乙” )(2)现有电流表 (00.6

5、A) 、开关和导线若干，以及以下器材：A电压表 (015 V)B电压表 (03 V)C滑动变阻器 (050 )D滑动变阻器 (0500 )实验中电压表应选用 _；滑动变阻器应选用 _ (选填相应器材前的字母 )(3)某位同学记录的6 组数据如下表所示，其中5 组数据的对应点已经标在图 7 的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U-I 图线序号123456电压1.451.401.301.251.201.10U(V)电流 I(A)0.0600.1200.2400.2600.3600.480图 7(4)根据 (3) 中所画图线可得出干电池的电动势E _V，内电阻 r _.【解析】(1)如果用

6、乙电路，误差来源于电流表的分压，测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分， 而电流表内阻与电源内阻很接近，故电源内阻测量误差大，用甲电路， 误差来源于电压表的分流， 因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻，故电压表分流很小测量引起的误差小，故选择甲电路图；(2)电源电动势为 1.5 V，因此电压表量程选择3 V ，故选 B；为使电路中的电流能大范围调节，需选用全阻值小的滑动变阻器，故选C；(3)先描点，然后用平滑的直线第 3页连接，就得到电源的伏安特性曲线；(4)由闭合电路的欧姆定律得UEIr ，故U I 图象的纵轴截距表示电源的电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻，故E 1.50 V，r 0.8

7、3 .【答案】(1)甲(2)BC(3)如图所示(4)1.50(1.49 1.51)083(0.810.85)选择仪器时注意掌握的原则(1)安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流(2)精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在不超量程的前提下，尽量选用小量程的，对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近(3)方便性原则，此原则主要针对滑动变阻器来讲，在滑动变阻器控制电路时，电路的电压、电流的变化范围要尽可能大，以便获取多组测量值为测量一电源的电动势及内阻，(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V 的电压表A量程为 1 V、内阻大约为1

8、k 的电压表B量程为 2 V、内阻大约为 2 k 的电压表C量程为 3 V、内阻为 3 k 的电压表选择电压表 _串联 _k的电阻可以改装成量程为9 V 的电压表(2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号、或 与一个电阻串联来表示， 且可视为理想电压表 )，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图(3)根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50 V 时，电阻第 4页箱的阻值为 15.0 ；电压表示数为 2.00 V 时，电阻箱的阻值为 40.0 ，则电源的电动势 E_V，内阻 r _.【解析】 (1)改装电压表时，其内阻阻值要准确告知，所以排除

9、A 、B 而选C；再由欧姆定律可知UUV(R V R串)，得 R串RVUV3 k 9 VRUVR 3 V3 kV 6 k .(2)电路图如图所示：(3)改装后的电压表量程为09 V当电压表示数为1.50 V 和 2.00 V 时，电阻箱两端实际电压为4.5 V 和 6 V.根据欧姆定律得UE，代入两组数据，解得 E 7.5 V， r 10 .RRr【答案】 (1)C6(2)见解析图(3)7.510 当 堂达 标固 双 基 1如图 8 所示是甲、乙、丙三位同学设计的测量电源电动势和内电阻的电路电路中 R1、 R2 为已知阻值的电阻下列说法中正确的是()图 8A只有甲同学设计的电路能测出电源的电动

10、势和内电阻B只有乙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻C只有丙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻D三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻D 图甲中可用 E I1(r R1)、E I2(r R2)求得电源的电动势和内电阻， 图U1U2乙中可用 EU1 R1r ，EU2 R2r 求得电源的电动势和内电阻，而图丙中可用EI1(R1 r)， E I2 (R2 r)求得电源的电动势和内电阻，故三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻，故D 项正确 2用如图 9 所示的电路测量一节蓄电池的电动势和内阻蓄电池的内阻非常小，为防止滑动变阻器电阻过小时因电流过大而损坏器材，电路中用了一个

11、保第 5页护电阻 R0.除蓄电池、滑动变阻器、开关、导线外，可供使用的实验器材还有：图 9电流表 (量程 0.6 A、 3 A)电压表 (量程 3 V、 15 V)保护电阻甲 (阻值 1 、额定功率 5 W)保护电阻乙 (阻值 10 、额定功率 10 W)电流表应选 _量程，电压表应选 _量程，保护电阻选 _【解析】蓄电池内阻约为 1 ，电路中接有保护电阻， 电路电流不超过 1 A，如果用量程为 3 A 的电流表，误差较大，因此电流表应选0.6 A 量程；一节蓄电池电动势约为 2 V ，因此电压表应选3 V 量程；因电池电动势约为2 V ，保护电阻应选甲 (阻值 1 、额定功率 5 W) ，如

12、果选择乙，由于定值较大，电路电流较小，电流变化范围小，不能测多组实验数据【答案】0.6 A3 V甲3如图 10 所示是测量两节干电池组成的串联电池组的电动势和内阻的实验所用器材，用实线将它们连成实验电路图 10【解析】因为电源电动势内阻较小，因此采用电流表外接法， 电路图如图，连接电路如图【答案】4为测定一节干电池 (电动势约 1.5 V ，内阻约 1.0 )的电动势和内阻，实验室备有电流表 G(满偏电流 3 mA，内阻 25 )、定值电阻 R0 0.126 、开关和若干导线及以下器材：【导学号： 52592069】第 6页A量程 03 V，内阻约 1 000的电压表B量程 015 V，内阻约

13、 1 500的电压表C总阻值为 10 、额定电流为 2 A 的滑动变阻器D总阻值为 100 、额定电流为 1 A 的滑动变阻器(1)因电流表量程太小，需将R0 与电流表 _联以扩大量程；(2)电压表应选择 _；滑动变阻器应选择 _(填序号 )(3)请在图 11 虚线框内完成实验电路图；图 11(4) 根据 所画 出的 电路 图， 分析 引起 该 实验系统 误差 的主 要原 因是_.【解析】(1)将小量程的电流表改装成大量程的电流表需并联电阻分流(2)由于一节干电池的电动势为1.5 V，为测量准确，应选量程 03 V 的电压表，故选择 A ；在都安全的情况下，阻值小的滑动变阻器连续性较好，故选总

14、阻值为 10 的滑动变阻器，故选择C.(3)实验电路图如图所示：(4)由于电压表的分流作用造成改装后电流表读数总是比电池实际输出电流小【答案】(1)并(2)AC(3)见解析图(4)由于电压表的分流作用造成改装后电流表读数总是比电池实际输出的电流小5某研究性学习小组利用如图12 甲所示电路测量电池组的电动势E 和内1阻 r，根据实验数据绘出如图乙所示的R- I 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_ V， r_ .图 12【解析】法一特殊值法第 7页从图象中取两个点A 和 B，如图所示，从图象中读出A、B 两点的坐标分别为 A(1.0,2)， B(2.0,5)，由此可

15、得 I1 1.0 A 时， R12 ； I2 0.5 A 时， R25 ，EI 1 rR1把这两组数据代入下面的方程组可解得 E3 V，r 1 .EI 2 rR2法二斜率、截距法E152由 E I(R r)得 R I r ，所以 R-I 图象的斜率表示 E，即 E 2.01.0 V 3 V；截距的绝对值为电源的内阻，即r 1 .【答案】316有一特殊电池，它的电动势约为9 V ，内阻约为 40 ，已知该电池允许输出的最大电流为50 mA. 为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图13 甲所示电路进行实验， 图中电流表的内阻RA 5 ，R 为电阻箱，阻值范围 0999.9 ，R0 为定值电阻，对电源起保护作用图 13(1)本实验中的 R0 应选 _(填字母 )A10 B 50 C150 D500 (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