2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)学生用-实验十三 测量电源的电动势和内阻

实验十三测量电源的电动势和内阻实验原理实验操作注意事项1.电路图和实物图(如图甲、乙所示)2.原理:改变滑动变阻器的电阻,测多组U、I值,根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir计算E、r。1.选量程、连电路:按电路图连接实物图,注意电压表、电流表的量程和正、负接线柱。2.滑动变阻器滑片移到阻值最大一端。3.测量:闭合开关,改变滑动变阻器阻值,测多组U、I值。4.求解:利用公式法或图像法求E、r。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。数据处理方法一:列方程组求解电动势和内阻的大小。(1)U1=E-I1根据以上三组方程分别求出E、r,再取其平均值作为电源的电动势E和内阻r。方法二:用作图法处理数据,如图所示。(1)图线与纵轴交点为电动势E。(2)图线的斜率的绝对值表示内阻r=ΔU系统误差1.若采用图甲电路,由于电压表的分流作用造成误差,电压值越大,电压表的分流越多,对应的I真与I测的差值越大,其U－I图像如图丙所示。结论:E测<E真,r测<r真。2.若采用图乙电路,由于电流表的分压作用造成误差,电流值越大,电流表的分压越多,对应的U真与U测的差值越大,其U－I图像如图丁所示。结论:E测=E真,r测>r真。考点一教材原型实验例1(2025·八省联考河南卷,11)现测量电源的电动势E(约为3V)和内阻r。可以选用的器材有:滑动变阻器R(最大阻值为15Ω),定值电阻R0(阻值4Ω),电压表V(量程0~3V,内阻很大),电流表A1(量程0~0.6A)和A2(量程0~3A),开关S,导线若干等。电路原理图如图甲所示。(1)将图乙中的实物图连接完整,其中电流表应选择(选填“A1”或“A2”)。

(2)实验中将滑动变阻器滑片置于两个不同位置时,电压表和电流表的示数分别为(U1,I1),(U2,I2),则电源电动势E=,内阻r=(用U1、I1、U2、I2和R0表示)。

例2(2022·福建卷,12)在测量某电源电动势和内阻时,因为电压表和电流表的影响,不论使用何种接法,都会产生系统误差,为了消除电表内阻造成的系统误差,某实验兴趣小组设计了如图甲实验电路进行测量。已知R0=2Ω。(1)按照图甲所示的电路图,将图乙中的器材实物连线补充完整。(2)实验操作步骤如下:①将滑动变阻器滑到最左端位置;②接法Ⅰ:单刀双掷开关S与1接通,闭合开关S0,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据U1、I1的值,断开开关S0;③将滑动变阻器滑到最左端位置;④接法Ⅱ:单刀双掷开关S与2闭合,闭合开关S0,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据U2、I2的值,断开开关S0;⑤分别作出两种情况所对应的U1-I1和U2-I2图像。(3)单刀双掷开关接1时,某次读取电表数据时,电压表指针如图丙所示,此时U1=V。

(4)根据测得数据,作出U1-I1和U2-I2图像如图丁所示,根据图线求得电源电动势E=,内阻r=(结果均保留2位小数)。

(5)由图丁可知(填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测得的电源内阻更接近真实值。

(6)综合考虑,若只能选择一种接法,应选择(选填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测量更合适。

考点二创新拓展实验1.安阻法测电源电动势和内阻(1)实验原理闭合电路的欧姆定律E=IR+Ir,电路图如图所示。(2)实验器材电池、电流表、电阻箱、开关、导线、坐标纸和刻度尺。(3)数据处理①计算法:由E解方程组求得E和r。②图像法:由E=I(R+r)可得1I=1ER+rE,可作1I-R图像(如图甲),1I-R图像的斜率k也可写成R=E·1I-r,可作R-1I图像(如图乙),R-1I图像的斜率k=E,纵轴截距为(4)误差分析①误差来源:电流表有电阻,导致内阻测量不准确;②结论:E测=E真,r测>r真(r测=r真+rA)。例3(2025·八省联考四川卷,12)某实验小组欲测量某化学电池的电动势,实验室提供器材如下:待测化学电池(电动势1~1.5V,内阻较小);微安表(量程100μA,内阻约1500Ω);滑动变阻器R0(最大阻值25Ω);电阻箱R1(0~9999Ω);电阻箱R2(0~999.9Ω);开关S、导线若干。(1)该小组设计的实验方案首先需要扩大微安表的量程。在测量微安表内阻时,该小组连接实验器材,如图甲所示,闭合S前,滑动变阻器的滑片P应置于端(选填“a”或“b”);闭合S,滑动P至某一位置后保持不动,调节电阻箱R1,记录多组R1的阻值和对应微安表示数,微安表示数用国际单位制表示为I1后,绘制R1-1I1图像,拟合直线,得出R1=0.159×1I1-1619,可知微安表内阻为(2)为将微安表量程扩大为25mA,把微安表与电阻箱R2并联,并调整R2的阻值为Ω(保留1位小数)。

(3)微安表量程扩大后,按图乙所示电路图连接实验器材。保持电阻箱(选填“R1”或“R2”)的阻值不变,闭合S,调节电阻箱(选填“R1”或“R2”)的阻值R,记录多组R和对应微安表示数,计算得出干路电流I2后,作R-1I2图像,如图丙所示,可知化学电池的电动势为V(保留2位小数)2.伏阻法测电源电动势和内阻(1)实验原理闭合电路欧姆定律E=U+URr,电路图如图所示(2)实验器材电池、电压表、电阻箱、开关、导线、坐标纸和刻度尺。(3)数据处理①计算法:由E解方程组可求得E和r。②图像法:由E=U+URr得1U=1E+rE·1R。故1U-1R图像的斜率k=(4)误差分析①误差来源:电压表有内阻,干路电流表达式不准确,导致电动势测量不准确;②结论:E测<E真,r测<r真。例4(2024·黑吉辽卷,11)某探究小组要测量电池的电动势和内阻。可利用的器材有:电压表、电阻丝、定值电阻(阻值为R0)、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图(a)、(b)所示的实验电路原理图。(1)实验步骤如下:①将电阻丝拉直固定,按照图(a)连接电路,金属夹置于电阻丝的(选填“A”或“B”)端;

②闭合开关S,快速滑动金属夹至适当位置并记录电压表示数U,断开开关S,记录金属夹与B端的距离L;③多次重复步骤②,根据记录的若干组U、L的值,作出图(c)中图线