测定电源电动势和内电阻实验讲义

根本实验要求1．实验原理(1)实验依据：闭合电路欧姆定律．(2)E和r的求解：由U＝E－Ir得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U1＝E－I1r,U2＝E－I2r))，解得E、r.(3)用作图法处理数据，如图1所示．图1①图线与纵轴交点为E；②图线与横轴交点为I短＝eq\f(E,r)；③图线的斜率表示r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.2．实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺．3．根本操作(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)把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端．(3)闭合开关，调节滑动变阻器，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，撤除电路，整理好器材．规律方法总结1．实验数据求E、r的处理方法(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．考前须知(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．(4)假设U－I图线纵轴刻度不从零开始，那么图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|确定．(5)电流表要内接(因为r很小)．3．误差来源(1)偶然误差：用图象法求E和r时作图不准确．(2)系统误差：电压表分流．考点一器材选取、电路设计及误差分析1．[器材选取及电路设计](2015·天津理综·9(3))用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5V，内电阻约1Ω)的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有以下器材供选用：A．电流表：量程0.6A，内电阻约1ΩB．电流表：量程3A，内电阻约0.2ΩC．电压表：量程3V，内电阻约30kΩD．电压表：量程6V，内电阻约60kΩE．滑动变阻器：0～1000Ω，额定电流0.5AF．滑动变阻器：0～20Ω，额定电流2A(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)．(2)图2为正确选择仪器后，连好的局部电路．为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将________和________相连、________和________相连、________和________相连(均填仪器上接线柱的字母代号)．图2(3)实验时发现电流表坏了，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和对应电压表的示数U.用图象法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，那么可以_______为纵坐标，以_______为横坐标．答案(1)ADF(2)adcgfh(3)eq\f(1,U)eq\f(1,R)(或Ueq\f(U,R)或eq\f(R,U)R)2．[实验原理与误差分析]在测量一节干电池的电动势E和内阻r的实验中，小明设计了如图3甲所示的实验电路．图3(1)根据图甲实验电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接．(2)实验开始前，应先将滑动变阻器的滑片P移至________(选填“a”或“b”)端．(3)合上开关S1，S2接图甲中的1位置，改变滑动变阻器的阻值，记录下几组电压表示数和对应的电流表示数；S2改接图甲中的2位置，改变滑动变阻器的阻值，再记录下几组电压表示数和对应的电流表示数．在同一坐标系内分别描点作出电压表示数U和对应的电流表示数I的图象，如图丙所示，两直线与纵轴的截距分别为UA、UB，与横轴的截距分别为IA、IB.①S2接1位置时，作出的U－I图线是图丙中的________(选填“A”或“B”)线；②S2接1位置时，测出的电池电动势E和内阻r存在系统误差，原因是________表(选填“电压”或“电流”)的示数偏________(选填“大”或“小”)．答案(1)见解析图(2)a(3)①B②电流偏小解析(1)实物连线图如下图(2)为保护电流表，实验开始前，应将滑片P移至电阻最大的a端．(3)①当S2接1位置时，可把电压表与电源看做一个等效电源，根据闭合电路欧姆定律E＝U断可知，电动势和内阻的测量值均小于真实值，所以作出的U－I图线应是B线；②测出的电池电动势E和内阻r存在系统误差，原因是电压表的分流，结果使电流表的示数偏小．考点二数据处理3．[利用U－I图象处理数据](2015·江苏单科·10)小明利用如图4所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻．图4(1)图中电流表的示数为________A.(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：U(V)1.451.361.271.161.06I(A)0.120.200.280.360.44请根据表中的数据，在坐标纸上作出U－I图线(如图5)．图5由图线求得：电动势E＝________V；内阻r＝________Ω.(3)实验时，小明进行了屡次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合．其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为________________________________________．4．[利用eq\f(1,U)－R图象处理数据](2013·安徽理综·21Ⅲ)根据闭合电路欧姆定律，用图6所示电路可以测定电池的电动势和内电阻．图中R0是定值电阻，通过改变R的阻值，测出R0两端的对应电压U12，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的，根据实验数据在eq\f(1,U12)－R坐标系中描出坐标点，如图7所示．R0＝150Ω，请完成以下数据分析和处理．图6图7(1)图7中电阻为________Ω的数据点应剔除；(2)在坐标纸上画出eq\f(1,U12)－R的关系图线；(3)图线的斜率是________(V－1·Ω－1)，由此可得电池电动势Ex＝________V.考点三实验拓展与创新5．[安阻法测E、r](2015·安徽理综·21Ⅱ)某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材：一个满偏电流为100μA、内阻为2500Ω的表头，一个开关，两个电阻箱(0～999.9Ω)和假设干导线．(1)由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为50mA的电流表，那么应将表头与电阻箱________(填“串联”或“并联”)，并将该电阻箱阻值调为______Ω.(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量，实验电路如图8所示，通过改变电阻R测相应的电流I，且作相关计算后一并记录如下表．图8123456R/Ω95.075.055.045.035.025.0I/mA15.018.724.829.536.048.0IR/V1.421.401.361.331.261.20①根据表中数据，图9中已描绘出四个点，请将第5、6两组数据也描绘在图中，并画出IRI图线；②根据图线可得电池的电动势E是________V，内阻r是________Ω.6．[伏阻法测E、r]某同学用如图10所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r，R为电阻箱．干电池的工作电流不宜超过0.5A．实验室提供的器材如下：电压表(量程0～3V，内阻约3kΩ)；电阻箱(阻值范围0～999.9Ω)；开关、导线假设干．图10(1)请根据图10的电路图在图11中画出连线，将器材连接成实验电路．图11(2)实验时，改变电阻箱R的值，记录电压表的示数U，得到假设干组R、U的数据．根据实验数据绘出如图12所示的eq\f(1,U)－eq\f(1