高考总复习物理（人教版）教师用书实验10测定电源的电动势和内阻

测定电源的电动势和内阻一、实验目的1．测定电源的电动势和内阻．2．加深对闭合电路欧姆定律的理解．二、实验原理1．如图甲所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路的欧姆定律求出几组E、r值，最后分别算出它们的平均值．2．用图象法来处理数据，在坐标纸上以I为横坐标、U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出U­I图象，如图乙所示，直线跟纵轴的交点的纵坐标表示电源电动势E的值，图线的斜率的绝对值即内阻r的值．三、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．四、实验步骤1．电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，2．把变阻器的滑片移动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)．用同样方法测量出六组I、U的值．填入表格中.组数物理量第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A4.断开开关，拆除电路，整理好器材．(2018·洛阳月考)在做“测量电源的电动势和内阻”实验时：(1)某同学连接了实物线路图甲中的部分导线，请帮助他将电压表正确地连入电路中．(2)检查电路无误后，闭合开关前，应把滑动变阻器的滑片移到最________端(填“左”或“右”)．(3)某实验小组测得了一系列数据，并在图乙坐标纸上描绘出了该电源的U­I图线，根据图线求得电源的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω(保留三位有效数字)．解析：(1)测量电源的电动势和内电阻的实验电路较为简单，只需要滑动变阻器控制电路中的电流，再利用电流表和电压表分别测量电流和电压即可，由于内阻较小，故一般采用相对电源的电流表外接法；同时注意开关应控制整个电路；故实物图如图所示．(2)为了让电流由最小开始调节，故开始时滑动变阻器应调至最大，故应调至最右端；(3)根据U＝E－Ir可知，图象与纵坐标的交点表示电源的电动势，故E＝2.94V；图象的斜率表示内阻，故r＝eq\f(ΔU,ΔI)＝eq\f(2.94－2.10,0.5)Ω＝1.68Ω.答案：(1)如图所示(2)右(3)2.941.68一、数据处理1．公式法：联立六组对应的U、I数据，满足关系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r、…，让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，取其平均值作为电池的电动势E和内阻r.2．图象法：在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立UI坐标系，在坐标平面内描出各组(I，U)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小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率绝对值即为电池的内阻r，即r＝eq\f(ΔU,ΔI).二、误差分析1．偶然误差(1)由于读数不准和电表线性不良引起误差．(2)用图象法求E和r时，由于作图不准确造成误差．(3)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．如图甲所示，在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是准确的电源两端电压．而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大．结论：①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，短路电流测量值＝真实值；②E测<E真；③因为r测＝eq\f(E测,I短)，所以r测<r真．从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测)，如图甲所示，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻R断开时，a、b两点间电压Uab等于电动势E测，此时电源与电压表构成回路，所以Uab<E真，即E测<E真．三、注意事项1．可选用旧电池：为了使电路的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池．2．电流不要过大，读数要快：干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大．因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电．3．计算法求E、r：要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组、第2和第5为一组、第3和第6为一组，分别解出E、r值再求平均值．4．合理选择标度：为使图线分布空间大，如图所示，纵坐标可以不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，电源的内阻不能用r＝eq\f(E,I短)确定，应根据r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,Δ)))确定．(2018·黑龙江牡丹江模拟)为了测量一节干电池的电动势和内阻，某同学采用了伏安法，现备有下列器材：A．被测干电池一节B．电流表1：量程0～0.6A，内阻r＝0.3C．电流表2：量程0～0.6A，内阻约为0.1D．电压表1：量程0～3V，内阻未知E．电压表2：量程0～15V，内阻未知F．滑动变阻器1：0～10Ω，2G．滑动变阻器2：0～100Ω，1H．开关、导线若干伏安法测电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差；在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻．(1)在上述器材中请选择适当的器材：________(填写选项前的字母)；(2)实验电路图应选择下图中的________(填“甲”或“乙”)；(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的UI图象，则干电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.解析：(1)在上述器材中请选择适当的器材：被测干电池一节；电流表B的内阻是已知的，故选B，电压表选择量程0～3V的D，滑动变阻器选择阻值较小的F，开关、导线若干，故选ABDFH；(2)因电流表的内阻已知，故实验电路图应选择图甲；(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U­I图象，则干电池的电动势E＝1.5V，内电阻r＝eq\f(1.5－1.0,0.5)Ω－0.3Ω＝0.7Ω.答案：(1)ABDFH(2)甲(3)1.50.7以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点．1．实验方法、方案的拓展安阻法伏阻法实验电路安阻法伏阻法实验原理E＝I1(R1＋r)E＝I2(R2＋r)E＝eq\f(I1I2R1－R2,I2－I1)r＝eq\f(I1R1－I2R2,I2－I1)E＝U1＋eq\f(U1,R1)rE＝U2＋eq\f(U2,R2)rE＝eq\f(U1U2R1－R2,U2R1－U1R2)r＝eq\f(R1R2U1－U2,U2R1－U1R2)图象2.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，所测值近似认为是电源电动势，此时U＝eq\f(ERV,RV＋r)≈E，需满足RV≫r.(2018·鞍山模拟)某研究性学习小组欲较准确地测量一电池组的电动势及其内阻，给定的器材如下：A．电流表G(满偏电流10mA，内阻10Ω)B．电流表A(0～0.6A～3C．滑动变阻器R0(0～100Ω，1D．定值电阻R(阻值990Ω)E．多用电表F.开关与导线若干(1)某同学首先用多用电表的直流10V挡粗略测量电池组的电动势，电表指针如甲图所示，则该电表读数为________V.(2)该同学再用提供的其他实验器材，设计了如下图乙所示的电路，请你按照电路图在图丙上完成实物连线．(3)图丁为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据描绘出的I1eq\a\vs4\al(­)I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，则由图线可以得到被测电池组的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.解析：(1)量程为10V，则最小分度为0.2，故读数为7.2V.(2)先将电流表及滑动变阻