【备战高考】高考物理必考实验精讲导学案-实验九：测定电源的电动势和内阻(含答案)

实九

测电的动和阻目课预·础实课互·点破课预·础实【实验目的】1．掌握用电压表和电流表测定源的电动势和内阻的方法。2．学会用图象法求电动势和内。【实验原理】．实验依据：闭合电路欧姆定律。．实验电路如实Ⅸ－1所示)r3．和r求解：由U＝－得，解得E、。4．用作图法处理数据，如图实－2示。(1)图线与纵轴交点为E；E(2)图线与横轴交点为I＝；Δ(3)图线的斜率表示。Δ【实验器材】电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。【实验步骤】1．电流表用0.6A量程，电压用3量程按实验电路图连接好实物电路。．把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端。．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数。记录一组电流表和电压表的示数，用同样方法测量并记录几组I、U值并入表格中。4.断开开关，拆除电路，整理好材。【数据处理】方法一：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r，再取其平均值作为电源的电动势E和阻r。方法二：用图象法处理数据在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流为轴建立U—坐系，在坐标平面内描出各组(，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(一函数的纵轴截距)，直线Δ斜率的绝对值即为电池的内阻，即＝||。Δ【差析1．偶然误差由读数不准和电表线性不良引起误差。用图象法求E和r时，由于作图准确造成的误差。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)如图实Ⅸ－1所示，在理论E＋(I＋I)r其中电压表示数U是确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流I而成误差，而且电压表示数越大越．当电压表示数为零时，＝0＝I，路流测量值＝真实值。如图实Ⅸ所，可知E，r。(2)若采用如图实Ⅸ甲所的电路I为电源电流真实值，理论上有E＝U＋Ur，其中U

不可知而造成误差，而且电流表示数越大U越。当电流为零时U＝0，压为准确值，等于E，如图实Ⅸ－4乙示，可知E，r＞r。【意项1．为了使电池的路端电压变化显，电池的内阻宜大选用已使用过一段时间的1号干电池。2．干电池在大电流放电时，电势会明显下降，内电阻会明显增大，因此在实验中不要将电调得过大，读数要快，每次读完立即断电。．在画U图线要较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。．干电池内阻较小时路端电压的变也较小，即不会比电动势小很多，这时，在画U图时，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(横坐标I必从零开始。这时图线和横轴的交点不再是短路电流I，过斜率的绝对值仍是电源的内电阻。课互·点破考一实原与据理[例(四川理综)用实验测电池的内阻和一测电阻的阻值R知池的电动势约6，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有：电流表(量程0～30mA)；电流表(量程0～100mA)；电压表V(量0～6V)；滑动变阻器R(阻值0～5Ω)；滑动变阻器R(阻值0～300Ω)开关S一，导线若干条。某同学的实验过程如下：Ⅰ.设计如图实Ⅸ－5所的电路图，正确连接电路。Ⅱ.将R的值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，为横，得到如图实Ⅸ－6示的图线。Ⅲ.断开开关，将R改在B、C之，与B直接连，其他部分保持不变。重复Ⅱ的步骤，得到另一条U图，图线与横I交点坐标(I，0)，与纵轴U的点坐标(，U)。回答下列问题：电流表应选用，动变阻器应选________；由图乙的图线，得电源内阻r＝________；用I、U和r表示测电阻的关式R＝________，代入数值可得R；(4)若电表为理想电表R接B间与接在A之滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范________，电压表示数变化范________。(选填“相同”或“不同)解析6(1)电路总电阻可能的最小值约为20Ω则回路中可能的最大电流＝A＝300mA，可见，电20流表应选用A。若选用滑动变阻器R，电中电流变化范围太窄，并且R连入路阻值最大时，电路中电流仍可能会超过电流表A的程故应选用R。(3)图乙中，U图的斜率的绝对值等于电源内阻，由图象可知r＝25Ω。UU(3)由题意可知，R＋r＝，R－rII(4)若电表为理想电表R接在B或A之间，对干路中电流无影响，故电流表示数变化范围相同，很显然，电压表示数变化范围不相同。答案(1)A

R

U(2)25(3)－I

(4)相同不同考二仪选与路接[例2](天津理综)用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池(电动势约4.5V，内电阻约Ω)的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：A．电流表：量程0.6A，内电阻1Ω．电流表：量程3A，内电阻约0.2Ω．电压表：量程3V，内电阻约30k．电压表：量程6V，内电阻约60k．滑动变阻器：0～1Ω额定电流0.5．滑动变阻器：0Ω额定电流2ARR为了使测量结果尽量准确，电流表应选用________电压表应选用________，动变阻器应选用________(均仪器的字母。如图实Ⅸ－7为正确选择仪器后连好的部分电路了测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将_和相、和相连、和_______相均填仪器上接线柱的字母代号)。(3)实时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R和对电压表的示数U。用图象法处理采集到的数据在角标系中得到的函数图象是一条直线可________为纵坐标，以________为坐标。解析(1)为了防止电源急剧放电时产生极化现象而引起电动势的下降，一般在测电源电动势与内电阻时源的放电电流控制在0.5A以电流表应选用因节干电池的总电动势约为4.5V故选用量程是6的电表D；阻值为20Ω的滑变阻器F可电路中的最小电流约为E＝＝0.225A，而滑动变阻器E阻太大，故滑动变阻器应选用F。(2)因电流表内阻r≈1Ω与源内阻大致相等且未知，故需采用电流表外接法，以避免电流表内阻引起的系统误差，原理图如图，故需将与d、c与g与h相连。U111(3)用伏阻法测电源电动势与内电阻时合路欧姆定律有E＝＋r可得＝＋·(或RUE1111111U＝·－)、＝－·或－、＝＋(或R＝E·－，故可以得到－、U－RrrUURRR－等性图线。U答案(1)AF②adgfh③见解析考三创实剖一实方的新本实验也可利用一只电流表和一个电阻箱进行测量或利用一只电压表和一个电阻箱进行测量。1．一个电流表和电阻箱测量电路如图实Ⅸ－8所示，测量原理为：E＝I(R，E＝I(R＋r)由此可求出E和r，此种法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。U2．用一个电压表和电阻箱测量电路如图实Ⅸ－9示，测量原理为：E＝U＋，＝U＋r。由此可求出r和，此种法测得的电动势和内阻均偏小。R[例3](课标Ⅰ)利用如图实Ⅸ－10示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：待测电源，电阻箱最阻值999.9Ω)电阻R(值为3.0，阻R(阻值为3.0Ω)，电流表A(量为200mA，内阻R＝6.0Ω)开关S。实验步骤如下：将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；多次调节电阻箱，记下电流表的示数和电箱相应的阻值R11③以为纵标为坐标，作－图(用直线拟)；II④求出直线的斜率k和纵轴上的截距b。回答下列问题：1(1)分别用E和r表电源的电动势和内阻，则R的系式为___________I(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0Ω时流表的示数如图实Ⅸ所示，读出数据，完成下表。答：①________②________II在图实Ⅸ的坐标纸上将所数据点补充完整并作图据图线求得斜率k＝_________A·Ω，距b＝________A。根据图线求得电源电动势E，阻r＝________Ω解析IR1＋1＋(1)由闭合电路欧姆定律有E＋(＋)(＋＋r)，理得＝RR(r＋13.03.0R)]，代入数据得＝＋(5.0＋。(2)①由题意知该电流表的最小度为2mA由题图实Ⅸ可得读数为110mA，虑到表格内1各组数据的单位及有效数字位数，故结果应为0.110。②A。13.0－6.0(3)描点作图如图所示，由图线可得k＝A·Ω＝1.0AΩ，＝6.0。7.0－013.03.03.03.0(4)由＝R(5.0＋)可＝，b＝(5.0＋r)，将＝1.0Ω、代IEE可得E＝3.0V，＝1.0Ω。答案1＋1＋13.03.0(1)＝RR(＋)]或＝R(5.0rIER①0.110②9.09图见解析1.0(在～1.04间均)6.0(在5.9～6.1之间均对)3.0(在2.7～3.3之均对)1.0(0.6～1.4间均对二实原的移用[例(东北联考)某同学要电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻到果电池组的内阻较大，为了提高实验的精确度，需要测量电压表的内阻。实验中恰好有一块零刻在中央的双向电压表该学便充分利用这块电压表计了如图实Ⅸ所的实验电路既能实现对该电压表的内阻的测量，又能利用该表完成水果电池组电动势和内阻的测量。他用到实验器材有：待测水果电池组(电动势约4，内阻约50Ω)双向电压(量程为2V，内阻约为2k、阻箱(0～9999Ω)、滑动变阻(0～200Ω)一个单刀双掷开关及若干导线。(1)该同学按如图实Ⅸ所示路图连线后，首先测出了电压表的内阻。请完善测量电压表内阻的实验步骤：①将R的滑动触滑至最左端，将拨置，将电阻箱阻值调为0；②调节的滑触片，使电压表数达到满偏；③保持________不变，调节R，使电压表的示数达________；④读出电阻箱的阻值，记为R，电压表的内阻R＝________若测得电压表内阻为2kΩ，可析此测量值________真值(填“大于“于”)接下来测量电源电动势和内阻，实验步骤如下：①将开关拨至_______(“1“2位将滑动触片移到________端不移动；②调节电阻箱的阻值，使电压表的示数达到一个合适值，记录下电压表的示数和电阻箱的阻值③重复第二步，记录多组电压表的示数及对应的电阻箱的阻值。11(4)若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为作－图象则消除系统误差如实Ⅸ－U14所，其中截距为b，斜率为k，则电动势的表达式______，阻的表达式________解析(1)由题图可知，当拨1位，滑动变阻器电路中为分压式接法，利用电压表的半偏法得调节R使压表满偏持不与压表串联节R使压表的示数达到半(或最大值的一)，电压表的内阻与阻箱示数同。(2)由闭合电路欧姆定律可知，调节R变大使电压表达到半偏的程中，总电阻值变大，干路总电流变小，由E·＋得U变，由电路知