高中物理实验【测定电源的电动势和内阻】复习课件

高中物理实验【测定电源的电动势和内阻】复习课件1．实验基本原理：(1)实验主要依据：闭合电路的欧姆定律．(2)E和r的求解：由U＝E－Ir得

，解得E、r.(3)用作图法处理数据，如图．U1=E-I1rU2=E-I2r

2．实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和毫米刻度尺．3．基本操作步骤(1)电流表用0.6A的量程,电压表用3V的量程，按实验原理图连接好电路．(2)把变阻器的滑片移到使阻值最大的一端．(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据(I1、U1)．用同样的方法再测量几组I、U值，填入表格中．(4)断开开关，拆除电路，整理好器材．1．通过实验数据求E、r的方法(1)列多个方程组求解，再求E、r的平均值．(2)图象法处理：以路端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建坐标系、描点、连线，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r.2．注意事项(1)为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池．(2)电流不要过大，应小于0.5A，读数要快．(3)要测出不少于6组的(I，U)数据，变化范围要大些．

[例1]某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理图如图甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计

改装的电流表

，

为标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R为滑动变阻器，R0是标称值为4.0Ω的定值电阻．①已知灵敏电流计

的满偏电流为Ig＝100μA、内阻为rg＝2.0kΩ，若要改装后的电流表满偏电流为200mA，应并联一只_______Ω(保留一位小数)的定值电阻R1；

1.0②根据图甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整的电路；③某次实验的数据如下表：测量次数12345678电压表

读数U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改装表

读数I/mA20406080100120140160该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法),计算出电池组的内阻r＝____Ω(保留两位小数)；为减小偶然误差,逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是_____________________________．充分利用已测得的数据1.66

④该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大．若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是________．A．电压表内阻的影响

B．滑动变阻器的最大阻值偏小C．R1的实际阻值比计算值偏小

D．R0的实际阻值比标称值偏大CD

[递进题组]1．下列给出多种用伏安法测定电源电动势和内阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是(

)A．测出两组I、U的数据,代入方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r,求出E和rB．多测几组I、U的数据,求出几组E、r,最后分别求出其平均值C．测出多组I、U的数据,画出U－I图象,再根据图象求出E、rD．测出多组I、U的数据,分别求出I和U的平均值,用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E,再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r[解析]A中只测两组数据求出E、r，偶然误差较大；B中计算E、r平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D中分别求I、U的平均值是错误的做法．2．某课外小组在参观工厂时，看到一丢弃不用的电池，同学们想用物理上学到的知识来测定这个电池的电动势和内阻，已知这个电池的电动势约为11～13V，内阻小于3Ω，由于直流电压表量程只有3V，需要将这只电压表通过连接一固定电阻(用电阻箱代替)，改装为量程为15V的电压表，然后再用伏安法测电池的电动势和内阻，以下是他们的实验操作过程：(1)把电压表量程扩大,实验电路如图甲所示,实验步骤如下,完成填空．第一步：按电路图连接实物第二步：把滑动变阻器滑片移到最右端，把电阻箱阻值调到零第三步：闭合开关，把滑动变阻器滑片调到适当位置,使电压表读数为3V第四步：把电阻箱阻值调到适当值，使电压表读数为________V第五步：不再改变电阻箱阻值，保持电压表和电阻箱串联，撤去其他线路，即得量程为15V的电压表．[解析](1)将3V电压表改装成15V量程，串联电阻箱后的总内阻为原来电压表内阻的5倍，由于滑动变阻器位置不变，分压部分的两端电压仍为3V，此时电压表两端的电压为0.6V.0.6(2)实验可供选择的器材有：A．电压表(量程为3V，内阻约2kΩ)B．电流表(量程为3A，内阻约0.1Ω)C．电阻箱(阻值范围0～9999Ω)D．电阻箱(阻值范围0～999Ω)E．滑动变阻器(阻值为0～20Ω，额定电流2A)F．滑动变阻器(阻值为0～20kΩ，额定电流0.2A)电阻箱应选________，滑动变阻器应选________．[解析](2)改装电压表需要串联大电阻，电阻箱选C；由于用分压电路，滑动变阻器选E.CE(3)用该扩大了量程的电压表(电压表的表盘没变)，测电池电动势E和内阻r，实验电路如图乙，得到多组电压U和电流I的值，并作出U－I图线如图丙所示，可知电池的电动势为________V，内阻为________Ω.[解析](3)由于电压表改装后量程扩大5倍,将图丙的纵坐标扩大5倍，即E=5×2.3=11.5V，由图线斜率的绝对值可求r=2.5Ω.11.52.5[例2]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．(1)应该选择的实验电路是图中的________(选填“甲”或“乙”)．[解析]电流表内阻与电池内阻相差不多，如果用乙图误差较大，应选用甲图．(2)现有电流表(0～0.6A)、开关和导线若干，以及以下器材：A．电压表(0～15V)B．电压表(0～3V)C．滑动变阻器(0～50Ω)D．滑动变阻器(0～500Ω)实验中电压表应选用________；滑动变阻器应选用________．[解析]一节干电池的电动势为1.5V左右，故电压表应选用量程较小的B，干电池的内电阻一般只有零点几欧或几欧，为调节方便，滑动变阻器应选用总阻值与之相差较小的C.BC(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U/V1.451.401.301.251.201.10电流I/A0.0600.1200.2400.2600.3600.480(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＝________Ω.1.500.83

(5)实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化．下列各示意图中正确反映P－U关系的是________．

[递进题组]3.采用如图所示的电路“测定电池的电动势和内阻”．(1)除了选用图中的部分器材外，________(填选项)．A．还需要电压表

B．还需要电流表C．还需要学生电源

D．不再需要其他器材[解析](1)图中已有电流表、开关、干电池、电阻箱，还需要电压表，选项A正确．(2)测量所得数据如下：次数物理量123456R/Ω1.21.00.80.60.40.2I/A0.600.700.800.891.001.20U/V0.900.780.740.670.620.43用作图法求得电池的内阻r＝________；(3)根据第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻RA＝________.[解析](2)由图象斜率可得电池的内阻r＝0.75Ω.(3)根据第5次所测得的实验数据，由U＝I(R＋RA)，求得电流表内阻RA＝0.22Ω.0.75Ω0.22Ω4．某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势E和内阻r，并探究电极间距对E和r的影响．实验器材如图所示．(1)测量E和r的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U和流过电源的电流I，依据公式________，利用测量数据作出U－I图象，得出E和r.(2)将电压表视为理想表,要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在图中用笔画线代替导线连接电路．U＝E－Ir(3)实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的U－I图象如图中(a)、(b)、(c)、(d)所示，由此可知：在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势________(填“增大”、“减小”或“不变”)，电源内阻________(填“增大”、“减小”或“不变”)．[解析]在电源的U－I图象中，纵轴截距表示电源电动势，图线斜率的绝对值表示电源的内阻，由题图可得，电极间距减小时，电源电动势不变，内阻增大．不变增大测定电源的电动势和内阻的其他几种方法1．安阻法：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大．

[变式题组]5．(实验创新题)在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：A．干电池E(电动势约为1.5V、内阻约为1.0Ω)B．电压表V(0～15V)C．电流表A(0～0.6A、内阻0.1Ω)D．电流表G(满偏电流3mA、内阻Rg＝10Ω)E．滑动变阻器R1(0～10Ω、10A)F．滑动变阻器R2(0～100Ω、1A)G．定值电阻R3＝990ΩH．开关、导线若干(1)为了方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是________(选填“R1”或“R2”)；(2)请在方框内画出你所设计的实验电路图，并在图中标上所选用器材的符号；[解析](1)从实验操作方便和安全以及测量准确的角度出发，滑动变阻器应选阻值较小、额定电流较大的R1；(2)所给器材中电压表量程过大，不能选用，需要把电流表G与R3串联，被测量电池的内阻很小，电流表用外接法；R1(3)如图所示为某一同学根据他设计的实验，绘出的I1－I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，由图线可求得被测电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.[解析]图象与纵轴的截距为I1=1.47mA，即断路时通过G的电流，E=I1(R3＋Rg)=1.47×10-3×(990+10)=1.47V；图线斜率的绝对值为电源的内阻r＝0.83Ω.1.470.836．某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻，考虑到水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．实验器材中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表，该同学便充分利用这块电压表，设计了如图所示的实验电路，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，他用到的实验器材有：待测水果电池组(电动势约4V，内阻约50Ω)、双向电压表(量程为2V，内阻约为2kΩ)、电阻箱(0～9999Ω)、滑动变阻器(0～200Ω)，一个单刀双掷开关及若干导线．(1)该同学按图示电路图连线后，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R1的滑动触头滑至最左端,将S拨向1位置,将电阻箱阻值调为0；②调节R1的滑动触头,使电压表示数达到满偏；③保持___不变,调节R2,使电压表的示数达到________；④读出电阻箱的阻值,记为R2