高中物理全程复习方略配套课件(鲁科版·福建)：实验九测定电源的电动势和内阻

1、实验九 测定电源的电动势和内阻1.1.测定电源的电动势和内阻测定电源的电动势和内阻. .2.2.掌握用图象法求电动势和内阻掌握用图象法求电动势和内阻. .1.1.实验依据闭合电路欧姆定律实验依据闭合电路欧姆定律. .2.2.实验电路：如图实验电路：如图3.E3.E和和r r的求解：由的求解：由U=E-IrU=E-Ir得：得： , ,解得：解得：4.4.作图法处理数据，如图所示作图法处理数据，如图所示. .(1)(1)图线与纵轴交点为图线与纵轴交点为E.E.(2)(2)图线与横轴交点为图线与横轴交点为(3)(3)图线的斜率绝对值表示图线的斜率绝对值表示1122UEI rUEI r12211221

2、12I UI UEIIUUrIIEI.r短Ur.I 电池电池( (被测电源被测电源) )、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔坐标纸、铅笔. .一、实验步骤一、实验步骤1.1.电流表用电流表用0.6 A0.6 A量程，电压表用量程，电压表用3 V3 V量程，按实验电路图连接量程，按实验电路图连接好电路好电路. .2.2.把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端. .3.3.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据(I(I1 1，U U1 1

3、).).用同样方法测量几组用同样方法测量几组I I、U U值值. .填入表格中填入表格中. .4.4.断开开关，拆除电路，整理好器材断开开关，拆除电路，整理好器材. .【锦囊妙诀】【锦囊妙诀】滑动变阻为外电阻，列表记录两表读数，电压变滑动变阻为外电阻，列表记录两表读数，电压变化便于作图，化便于作图，U U轴起点要看清楚，求解轴起点要看清楚，求解E E、r r要用要用U-IU-I图图. .二、数据处理二、数据处理1.1.设计表格，将测得的几组设计表格，将测得的几组U U、I I值填入表格中值填入表格中. .第第1 1组组第第2 2组组第第3 3组组第第4 4组组第第5 5组组第第6 6组组U/V

4、U/VI/AI/A2.2.列方程组求解电动势和内阻的大小列方程组求解电动势和内阻的大小 根据以上三组方程分别求出根据以上三组方程分别求出E E、r r，再取其平均值作为电源的电，再取其平均值作为电源的电动势动势E E和内阻和内阻r.r.1144UEI rUEI r2255UEI rUEI r3366UEI rUEI r3.3.用图象法处理数据用图象法处理数据在坐标纸上以路端电压在坐标纸上以路端电压U U为纵轴、干路电流为纵轴、干路电流I I为横轴建立为横轴建立U -IU -I坐坐标系，在坐标平面内描出各组标系，在坐标平面内描出各组(I(I，U)U)值所对应的点，然后尽量值所对应的点，然后尽量多

5、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小( (一次函数的纵轴截距一次函数的纵轴截距) )，直线的斜率绝对值即为电池的内阻，直线的斜率绝对值即为电池的内阻r r，即，即Ur |.I1.1.偶然误差偶然误差(1)(1)由读数不准和电表线性不良引起误差由读数不准和电表线性不良引起误差. .(2)(2)用图象法求用图象法求E E和和r r时，由于作图不准确造成误差时，由于作图不准确造成误差. .2.2.系统误差系统误差(1)(

6、1)若采用甲图，其若采用甲图，其U-IU-I图象如乙图所示图象如乙图所示. .由于电压表的分流作用造成误差由于电压表的分流作用造成误差. .结论：结论：当电压表示数为零时，当电压表示数为零时，I IV V0 0，I IA AI I短短，短路电流测量值真，短路电流测量值真实值实值. .E E测测EE真真. .因为因为 所以所以r r测测rr真真. .ErI测测短，(2)(2)若采用丙图，其若采用丙图，其U-IU-I图象如丁图所示图象如丁图所示. .由于电流表的分压作用造成误差由于电流表的分压作用造成误差. .结论：结论：E E为真实值为真实值. .I I短测短测Irr真真，r r测测为为r r真

7、真和和R RA A的串联值，由于通常的串联值，由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时情况下电池的内阻较小，所以这时r r测测的误差非常大的误差非常大. .ErI测短测，1.1.为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些( (选用已选用已使用过一段时间的干电池使用过一段时间的干电池).).2.2.要测出不少于要测出不少于6 6组的组的(I(I，U)U)数据，且变化范围要大些，然后用数据，且变化范围要大些，然后用方程组求解，并求平均值方程组求解，并求平均值. .3.3.若若U-IU-I图线纵轴刻度不是从零开始，则图线和横轴的交点不再图线纵轴刻度不是

8、从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，电源的内阻不能用是短路电流，电源的内阻不能用 确定确定. .应根据应根据 确确定定. .ErI短Ur |I以上测量方法一般称为伏安法以上测量方法一般称为伏安法, ,测电源的电动势和内阻还有以下测电源的电动势和内阻还有以下几种方法几种方法: :1.1.安阻法安阻法用一个电流表和电阻箱测量，电路如图甲所示，测量原理为：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图甲所示，测量原理为：E=IE=I1 1(R(R1 1+r),E=I+r),E=I2 2(R(R2 2+r),+r),由此可求出由此可求出E E和和r r，此种方法使测得的电，此种方法使测得的电动势无偏差，但

9、内阻偏大动势无偏差，但内阻偏大2.2.伏阻法伏阻法用一个电压表和电阻箱测量，电路如图乙所示，测量原理为：用一个电压表和电阻箱测量，电路如图乙所示，测量原理为： 由此可求出由此可求出r r和和E,E,此种方法测得的电动此种方法测得的电动势和内阻均偏小势和内阻均偏小121212UUEUr,EUr,RR3.3.粗测法粗测法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，此时值近似认为是电源电动势，此时 需满足需满足4.4.双伏法双伏法用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图

10、所示. .测量方法为：测量方法为：断开断开S S，测得，测得V V1 1、V V2 2的示数分别为的示数分别为U U1 1、U U2 2，此时，此时， R RV V为为V V1 1的内阻；再闭合的内阻；再闭合S S，V V1 1的示数为的示数为U U1 1,此时此时 解方程组可求得解方程组可求得E E和和r rVVERUE,RrVRr112VUEUUr,R11VUEUr,R 用图象处理实验数据，确定被测量用图象处理实验数据，确定被测量【例证【例证1 1】(2012(2012德州模拟德州模拟) )某同学对实验室的一个多用电表中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，里面除了一节的电池

11、进行更换时发现，里面除了一节1.5 V1.5 V的干电池外，还有的干电池外，还有一个方形的电池一个方形的电池( (层叠电池层叠电池).).为了测定该电池的电动势和内电阻，为了测定该电池的电动势和内电阻，实验室中提供如下器材：实验室中提供如下器材：A.A.电流表电流表A A1 1( (满偏电流满偏电流10 mA,10 mA,内阻内阻10 );10 );B.B.电流表电流表A A2 2(0(00.6 A0.6 A，内阻未知，内阻未知) )；C.C.滑动变阻器滑动变阻器R R0 0(0(0100 ,1 A);100 ,1 A);D.D.定值电阻定值电阻R(R(阻值阻值990 )990 )；E.E.开

12、关与导线若干开关与导线若干. . 该同学根据现有的实验器材，设计了如图甲所示的电路，图乙为该同学根据现有的实验器材，设计了如图甲所示的电路，图乙为该同学根据上述设计的实验电路测出多组数据并绘出的该同学根据上述设计的实验电路测出多组数据并绘出的I I1 1-I-I2 2图图线线(I(I1 1为电流表为电流表A A1 1的示数，的示数，I I2 2为电流表为电流表A A2 2的示数的示数) )，则由图线可以，则由图线可以得到被测电池的电动势得到被测电池的电动势E=_V,E=_V,内阻内阻r=_.(r=_.(结果结果保留两位有效数字保留两位有效数字) )【规范解答】【规范解答】由实验电路，由实验电路

13、，R R和和A A1 1串联相当于电压表，根据闭合串联相当于电压表，根据闭合电路欧姆定律电路欧姆定律E=IE=I1 1(R+R(R+RA1A1)+I)+I2 2r r解得：解得：延长延长I I1 1-I-I2 2图线，当图线，当I I2 2=0=0时，读出时，读出I I1 1=9.0 mA=9.0 mA解得解得E=9.0 VE=9.0 V图线斜率的绝对值图线斜率的绝对值解得解得r=10 .r=10 .答案：答案：9.0 109.0 1012A1A11rIEIRRRR1A12IrRRI 实验电路的改进和分析实验电路的改进和分析【例证【例证2 2】(2012(2012南平模拟南平模拟) )在如图所

14、示的电路中，在如图所示的电路中，A A、B B、C C为三为三节干电池，实验中理想电压表和理想电流表的示数如表所示节干电池，实验中理想电压表和理想电流表的示数如表所示. .开关位置开关位置电压电压U/VU/V电流电流I/AI/A灯泡灯泡L L的的电阻电阻R/R/灯泡灯泡L L的的功率功率P/WP/WS1S11.401.400.200.207.007.000.280.28S2S22.702.700.300.300.810.81S3S32.552.550.290.298.798.79(1)(1)根据表中实验数据，计算出表中空格处小灯泡的电阻和功率根据表中实验数据，计算出表中空格处小灯泡的电阻和功率

15、. .(2)(2)如果干电池如果干电池A A和和B B具有相同的电动势和内阻，则根据表中实验具有相同的电动势和内阻，则根据表中实验数据，可计算出干电池数据，可计算出干电池A A的电动势为的电动势为_V_V，内阻为，内阻为_._.(3)(3)当开关当开关S S与接线柱与接线柱3 3连接时，串联电池组的总电动势增大，但连接时，串联电池组的总电动势增大，但电流表的示数反而减小，其原因可能是电流表的示数反而减小，其原因可能是_._.【规范解答】【规范解答】(1)S(1)S接接2 2，此时电压为，此时电压为2.7 V,2.7 V,电流为电流为0.3 A0.3 A，故电，故电阻为阻为9.00 .S9.00

16、 .S接接3 3，此时电压为，此时电压为2.55 V2.55 V，电流为，电流为0.29 A0.29 A，故功，故功率为率为0.74 W.0.74 W.(2)(2)将数据代入将数据代入E=I(R+r)E=I(R+r)组成方程组，组成方程组， ，解得电动势为，解得电动势为1.50 V1.50 V，内阻为，内阻为0.50 .0.50 .(3)(3)电流表示数减小的原因可能是干电池电流表示数减小的原因可能是干电池C C的电动势较小，内阻的电动势较小，内阻较大较大. .答案：答案：(1)9.00 0.74 (2)1.50 0.50(1)9.00 0.74 (2)1.50 0.50(3)(3)见规范解答

17、见规范解答E0.20 (7.00r)2E0.30 (9.002r)1.1.如图所示是根据某次实验记录的数如图所示是根据某次实验记录的数据画出的据画出的U-IU-I图线，关于此图线，下图线，关于此图线，下列的说法中正确的是列的说法中正确的是( )( )A.A.纵轴的截距表示电源的电动势，纵轴的截距表示电源的电动势，即即E=0.6 VE=0.6 VB.B.横轴的截距表示电源的短路电流，即横轴的截距表示电源的短路电流，即I I短短=0.6 A=0.6 AC.C.电源的内阻电源的内阻r=5 r=5 D.D.电源的内阻电源的内阻r=1.0 r=1.0 【解析】【解析】选选D.U-ID.U-I图线纵轴截距

18、一定是电源电动势，即为图线纵轴截距一定是电源电动势，即为3 V3 V，A A错误错误. .由于纵轴起点不是从零开始，故短路电流不是由于纵轴起点不是从零开始，故短路电流不是0.6 A0.6 A，内，内阻阻 故故B B、C C错误，错误，D D正确正确. .3.02.4r1.0 .0.62.(20122.(2012宜春模拟宜春模拟) )某同学在用电流表某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只中，串联了一只2.5 2.5 的保护电阻的保护电阻R R0 0, ,实验电路如图所示实验电路如图所示. .(1)(1)连好电路后，当该同学闭合电键时，发

19、现电流表示数为连好电路后，当该同学闭合电键时，发现电流表示数为0 0，电压表示数不为电压表示数不为0.0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未发生检查各接线柱均未接错，接触良好且未发生短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a a、b,bb,b、c,dc,d、e e时，示数均为时，示数均为0 0，把两表笔接，把两表笔接c c、d d时，示数与电压时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是表示数相同，由此可推断故障是_._.(2)(2)按电路原理图及用多用电表的按电路原理图及用多用电表的电压挡检查电路且把两表笔分别电压挡检查电路且把两表笔

20、分别接接c c、d d时的实物电路图以画线代时的实物电路图以画线代替导线连接起来替导线连接起来. .【解析】【解析】(1)(1)根据电流表示数为零，根据电流表示数为零，可以确定是断路故障，根据电可以确定是断路故障，根据电压检测情况，可以确定故障是滑压检测情况，可以确定故障是滑动变阻器动变阻器R R断路断路. .(2)(2)答案：答案：见解析见解析3.3.如图甲所示的电路是实验室测量电源电动势和内阻的电路图，如图甲所示的电路是实验室测量电源电动势和内阻的电路图，按电路甲进行实验，根据测得的按电路甲进行实验，根据测得的U U、I I数据画出数据画出U-IU-I图象，如乙图图象，如乙图所示，则电动势

21、测量值所示，则电动势测量值E=_E=_，内阻测量值，内阻测量值r=_.r=_.电动势电动势测量值与真实值相比测量值与真实值相比_,_,内阻测量值与真实值相比内阻测量值与真实值相比_.(_.(填填“偏大偏大”、“相等相等”或或“偏小偏小”) )【解析】【解析】U-IU-I图象纵轴上截距为电源电动势，故图象纵轴上截距为电源电动势，故E=UE=U2 2由由U-IU-I图象，图象，由于系统误差，电动势和内阻的测量值都比真实值偏小由于系统误差，电动势和内阻的测量值都比真实值偏小. .答案：答案：U U2 2 偏小偏小 偏小偏小211UUrI211UUI4.(20124.(2012龙岩模拟龙岩模拟) )用

22、如图所示的电路，测定一节干电池的电用如图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻动势和内阻. .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成短路，电路中用一个定值电阻R R0 0保护电路保护电路. .除电池、开关和导除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：线外，可供使用的实验器材还有： (a)(a)电流表电流表( (量程量程0.6 A0.6 A、3 A)3 A)(b)(b)电压表电压表( (量程量程3 V3 V、15 V)15 V)(c)(c)定值电阻定值电阻( (阻值阻值1 1 、额定功率、额定功率5 W)5 W

23、)(d)(d)定值电阻定值电阻( (阻值阻值10 10 、额定功率、额定功率10 W)10 W)(e)(e)滑动变阻器滑动变阻器( (阻值范围阻值范围0 010 10 、额定电流、额定电流2 A)2 A)(f)(f)滑动变阻器滑动变阻器( (阻值范围阻值范围0 0100 100 、额定电流、额定电流1 A)1 A)那么那么(1)(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择要正确完成实验，电压表的量程应选择_V_V，电流表的，电流表的量程应选择量程应选择_A;R_A;R0 0应选择应选择_的定值电阻，的定值电阻，R R应选择阻应选择阻值范围是值范围是_的滑动变阻器的滑动变阻器. .(2)(2)引起该

24、实验系统误差的主要原因是引起该实验系统误差的主要原因是_._.【解析】【解析】(1)(1)由于电源电动势在由于电源电动势在1.5 V1.5 V左右，故选量程为左右，故选量程为3 V3 V的电的电压表，电池允许通过的最大电流大约为压表，电池允许通过的最大电流大约为0.5 A,0.5 A,故选量程为故选量程为0.6 A0.6 A的电流表的电流表. .由于电池内阻很小，故选电阻值较小的定值电阻为保由于电池内阻很小，故选电阻值较小的定值电阻为保护电阻，阻值为护电阻，阻值为1 .1 .为了更方便调节电路，滑动变阻器选为了更方便调节电路，滑动变阻器选0 010 .10 .(2)(2)产生系统误差的原因是由

25、于电压表的分流作用造成电流表读产生系统误差的原因是由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出的电流小，造成数总是比电池实际输出的电流小，造成E E测测EE真真,r,r测测rr真真. .答案：答案：(1)3 0.6 1 0(1)3 0.6 1 010 (2)10 (2)由于电压表的分由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出的电流小流作用造成电流表读数总是比电池实际输出的电流小5.5.在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用的电压表在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用的电压表( (视为视为理想电压表理想电压表) )的量程较小，某同学设计了如图所示的实物电路的量程较小，

26、某同学设计了如图所示的实物电路. .(1)(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到实验时，应先将电阻箱的电阻调到_.(_.(选填选填“最大值最大值”、“最小值最小值”或或“任意值任意值”) )(2)(2)改变电阻箱的阻值改变电阻箱的阻值R R，分别测出阻值，分别测出阻值R R0 0=10 =10 的定值电阻两的定值电阻两端的电压端的电压U U，下列两组，下列两组R R的取值方案中，比较合理的方案是的取值方案中，比较合理的方案是_.(_.(选填选填“1”1”或或“2”)2”)方案编号方案编号电阻箱的阻值电阻箱的阻值R/R/1 1400.0400.0350.0350.0300.0300.0250.02

27、50.0200.0200.02 280.080.070.070.060.060.050.050.040.0 40.0 (3)(3)根据实验数据描点，绘出的根据实验数据描点，绘出的 图象是一条直线图象是一条直线. .若直若直线的斜率为线的斜率为k,k,在在 坐标轴上的截距为坐标轴上的截距为b,b,则该电源的电动势则该电源的电动势E=_,E=_,内阻内阻r=_.(r=_.(用用k k、b b和和R R0 0表示表示) )1 RU1U【解析】【解析】(1)(1)为了安全为了安全, ,电阻箱的阻值应先调到最大值电阻箱的阻值应先调到最大值. .(2)(2)若若R=300 ,R=300 ,电流约为电流约为

28、 A0.03 AA0.03 A，若，若R=60 R=60 ，电流，电流约为约为 A0.13 AA0.13 A，后者电流读数大，误差小，所以比较合，后者电流读数大，误差小，所以比较合理的是方案理的是方案2.2.(3)(3)电流电流图象的斜率图象的斜率k= ,k= ,截距截距 所以电动势所以电动势 内阻内阻 . .答案：答案：(1)(1)最大值最大值 (2)2 (3)(2)2 (3)9300 10960 100000U111r1IEI(RRr)R, RRUEREERU，得01ER01rb,EER01EkR，0brRk001b RkRk6.6.某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池. .该同学想测量该同学想测量一下这个电池的电动势一下这个电池的电动势E E和内电阻和内电阻r r，但是从实验室只借到一个，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱开关、一个电阻箱( (最大阻值为最大阻值为999.9 999.9 ，可当标准电阻用，可当标准电阻用) )、一只电流表一只电流表( (量程量程I