高中物理电源电动势和内阻的测定方法学法指导

1、高中物理电源电动势和内阻的测定方法测定电源电动势和内阻的原理是闭合电路欧姆定律，从这一原理出发，当所给测量仪 器不同时，会出现多种不同的方法。下面结合例题作具体分析。.伏安法例1 测量电源的电动势 E及内阻r (E约为4.5V, r约为1.5Q)。器材：量程为3V的理想电压表 V,量程为0.5A的电流表A (具有一定内阻)，固定电 阻R=4Q ,滑动变阻器 R,开关K,导线若干。(1)画出实验电路原理图，图中各元件需用题目中所给出的符号或字母标出。(2)实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为 U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为 U2 ,则可以求出 E=, r=。(用I 1、|2、U、

2、U2及R表示)解析 由闭合电路欧姆定律E=U+Ir可知，只要能测出两组路端电压和电流即可，由E =U1|J, E =U212r可得：I 2U1 - I1 U2E = 2 -I1我们可以用电压表测电压，电流表测电流，但需注意的是题给电压表的量程只有3V,而路端电压的最小值约为U = E - Ir = (4.5 -0.5 1.5)V = 3.75V ,显然不能直接把电压表接在电源的两端测路端电压。依题给器材，可以利用固定电阻R分压(即可以把它和电源本身的内阻r共同作为电源的等效内阻“ R+r”，R叫做保护电阻)，这样此电源的“路 端电压”的最小值约为 U = E I(R + r) =(4.5 0.

3、5m5.5)V = 1.75V 3V ,就可直接用 电压表测“路端电压” 了，设计实验电路原理图如图1所示。U2 - U1 r 二L -12-R说明此种方法所测E偏小，r偏小。图1调节滑动变阻器 R,测两组电压和电流分别代入两式，得:匚 I1U2 -I2U1E 二- I 22.安阻法例2在“测定电源电动势和内阻”白实验中，除待测电源( E, r),足够的连接导线 外，实验室仅提供：一只量程合适的电流表A, 一只电阻箱 R, 一个开关 S(1)画出实验原理图。(2)写出用测量值表示的电源电动势E和内阻r的表达式，并注意式中各量的含义。解析 由欧姆定律E =I(R +r)可知，测出两组电阻箱的不同

4、值及其对应的电流，由E =I1(R1 +r), E =Iz(R2 +r)可得:(Ri -R2)lil2I1R1 -I2R2E =, r =1 2 - 1 11 2 - l1式中11、l2是电阻箱分别取 R和R时电流表读数。设计实验原理图如图 2所示。图2说明 此种方法使测得的电动势无系统误差，但内阻偏大。3.伏阻法例3 要求测量由两节干电池串联而成的电池组的电动势 E和内阻r (约几欧)，提供 下列器材：电压表 V1 (量程3V,内阻1kQ)、电压表V2 (量程15V,内阻2kQ)、电阻箱 R (099990)、电键、导线若干。某同学用量程为15V的电压表连接成如图 3所示的电路。实验步骤如下

5、：(1)合上电键S,将电阻箱R阻值调到R1=10C,读得电压表的读数为 U。(2)将电阻箱 R阻值调到 R=20，读得电压表的读数为 U。由方程U1 =E-Ulr, U2 =E-r解出E、r,为了减少实验误差，上述实验在R1R2解析 两节干电池串联而成的电池组的电动势E约为3V,选量程为15V的电压表，指1针最大偏转不及其满刻度的 -，所以电压表应改选电压表V;为了减小偶然误差，应改变3电阻箱的阻值 R读取若干个对应的电压表读数U,而后对应计算各个电流值 | =乜。再作R出UI图线，由图象法得出 E、r。说明 此种方法测得的电动势和内阻均偏小。4.伏伏法例4 在“测定电源电动势和内阻”白实验中

6、，除待测电源( E, r),足够的连接导线外，实验室仅提供：两只量程合适的电压表V1、V2及V1的内阻R, 一只单刀双掷开关 So(1)画出实验原理图；(2)写出用测量值表示的电源电动势E和内阻r的表达式，并注明式中各量的含义。解析 依据题意可知，电压表 V1的内阻已知，则可由电流一一电压变换法用V1测出它所在支路的电流，设计实验电路原理图如图4所示。图4V、V2设当开关S与1接触时，电压表 Vi的读数为U）;当开关S与2接触时，电压表的读数分别为 U、L2,由欧姆定律 E=N Ir ,即有Uo匚Ur ERiU1 U2 = EU1r可得匚 U0U2E =U o - Ui5 -Uo)RiU0 U

7、i说明 此种方法测得的电动势和内阻均无系统误差。5.安安法例5 在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材:干电池（电动势 E约为i.5V,内电阻r约为i.0 ）;电流表G （满偏电流3.0mA,内阻Ra =i0C）;g电流表A （量程00.6A,内阻约为0.5 ）;滑动变阻器 R （020Q, i0A）;滑动变阻器 R （0i00Q, iA）;定值电阻R=990Q；开关和导线若干。（i）为了能准确地进行测量，也为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是。（填写数字代号）2）请画出实验原理图。解析 由闭合电路欧姆定律 E=U+ Ir可知，只要能测出两组路端电压和电流即可，但 题目中只给出两个电流表且其中一个电流表G的内阻已知，可以把内阻已知的电流表和定值电阻R串联改装成一个电压表。为了减小误差，滑动变阻器需选，设计实验原理图如 图5所示。图5分别测两组电流表 G和A的读数，即有E =Igi(Ri Rg) (Iai lGi)rE = I G2(Ri Rg) (I A2 I G2)r(Ri R g