高考物理一轮复习讲义：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

过好双基关回顾实验原理掌握基本方法

基本实验要求

1.实验原理

闭合电路欧姆定律。

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.实验步骤

(1)电流表用也A的量程，电压表用3V的量程，按图1连接好电路。

图1

⑵把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端。

⑶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S，5)。

用同样的方法再测量几组/、U值，填入表格中。

(4)断开开关，拆除电路，整理好器材。

基本实验方法

1.用实验数据求心厂的处理方法

U\=E-hr

(1)列方程求解：由。=七一〃得L,尸，，解得瓜厂。

⑵用作图法处理数据，如图2所示。

IA

o4/

图2

①图线与纵轴交点为反

②图线与横轴交点为/产今

③图线的斜率表示r=1券1。

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。

⑵电流不要过大，应小于（）.5A,读数要快。

⑶要测出不少于6组的（人⑺数据，变化范围要大些°

（4）若U—/图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内

阻应根据，•=］券确定。

3.误差来源

（1）偶然误差：用图像法求我和，•时作图不准确。

⑵系统误差：电压表分流。

（3）本实验中测量结果是：E洒＜E……我。

研透命题点细研考点和真题分析突破命题点

命题点一教材原型实验

基础考点•自主悟透

【例1】（2020.山东卷，14）实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小

组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有:

干电池一节（电动势约1.5V,内阻小于1Q）；

电压表V（量程3V,内阻约3kQ）；

电流表A（量程0.6A,内阻约1Q）；

滑动变阻器R（最大阻值为20Q）；

定值电阻舟（阻值2Q）；

定值电阻4（阻值5Q）；

开关一个，导线若干。

（1）该小组按照图3中明示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示

数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U-I

坐标纸上描点，如图3乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该

现象的主要原因是o（单选，填正确答案标号）

A.电压表分流

B.干电池内阻较小

C.滑动变阻器最大阻值较小

D.电流表内阻较小

T

图3

⑵针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进

了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。

序号1234567

//A0.080.140.200.260.320.360.40

UN1.351.201.050.880.730.710.52

请根据实验数据，回答以下问题：

①图丙上已标出后3组数据对应的坐标点，请在图丙上标出前4组数据对应的坐

标点并画出U-/图像C

②根据实验数据可知，所选的定值电阻为(填“舟”或■尸)。

③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案,将图丁.中的实物图连接成完整电路。

答案(1)B(2)①如图所示

②Ri③如图所示

表示数总是接近电源的电动势，变化范围小，故B项正确。

⑵①在坐标纸上根据前4组数据描出对应的坐标点并画出U-/图像，见答案图

所示。

②由画出的U-I图线知等效电源内阻/=孀。弋2.58Q,表示干电池内阻与定

值电阻之和，因此选的定值电阻一定小于2.58Q,故所选电阻应为

③连接实物图时，从电源正极出发，依次连接各器材，电压表并联在滑动变阻器

和电流表两端，注意电流从正接线柱流入，负接线柱流出。

【变式1][2020・天津卷9(2)]某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内

阻，要求测量结果尽量准确。

电压表（量程0〜3V,内阻约为3kC）

电流表（量程。〜（）.6A,内阻约为1C）

滑动变阻器（0〜20。，额定电流1A）

待测电池组（电动势约为3V,内阻约为1Q）

开关、导线若干

①该小组连接的实物电路如图4甲所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连

接不当，这条导线对应的编号是________。

甲

②改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片。应置于滑

动变阻器的端（填"/或者'力”）。

③实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。

为了解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5Q的电阻，之后

该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数/,并作出U—/图象，如图

所示。根据图像可知，电池组的电动势为V,内阻为C（结果均

保留2位有效数字）。

乙

图4

答案①5②。③2.90.80

解析①应用伏安法测电源电动势和内阻，电压表应测量电源两端的电压，故导

线5接滑动变阻器的一端应改接到电源的正极。

②滑动变阻器起保护电路的作用，因此闭合开关前，应将其接入电路的电阻调为

最大值，故滑片尸应置于。端。

③在电池组负极和开关间串联一个阻值为5Q的电阻，由闭合电路欧姆定律有U

=E-/（r+R）,所以U—/图线的纵截距表示电源电动势，E=2.9V,图线斜率的

绝对值表示电源内阻与定值电阻串联的总电阻，所以电源内阻为r=瑞-5）C

=0.80Q。

【变式2】（2021・1月河北学业水平选择性考试模拟演练，12）在测量电源电动势

和内阻的实验中，实验室提供了如下器材和参考电路：

电压表Vi（量程3V,内阻约6kQ）

电压表V2（量程IV,内阻约6kQ）

电流表Ai（量程（）.6A,内阻约0.1Q）

电流表A2（量程2mA,内阻约1C）

滑动变阻器氏（最大阻值3kQ）

滑动变阻器RX最大阻值10Q）

定值电阻尺（阻值1C）

开关，导线若干

⑴甲同学想要测量马铃薯电池的电动势（约1.0V）和内阻（约500Q）。选用合适器

材后，应选择最优电路（填写参考电路对应的字母）进行测量。

(2)乙同学想要测量一千新干电池的电动势和内阻。选用合适器材后，应选择最优

电路(填写参考电路对应的字母)进行测量。

(3)乙同学将测得的数据在坐标纸上描点如图。请画出U—/图象，并求出电动势E

为V,内阻厂为。(小数点后保留两位)。

图5

答案(1)A(?.)C⑶1.490.11

解析(1)因为电池的内阻较大，所以应该电流表分压不显著，定值电阻为1欧姆，

对电路起不到保护作用，故没必要使用，故应采用A电路；电压表选V2,电流

表选A2,滑动变阻器选品。

(2)新干电池内阻较小，电流表分压作用明显，所以应外接，又因为干电池电动势

为1.5V,为了保护电路，应使用定值丛,故电路应选用C；电压表选Vi,电流

表选Ai,滑动变阻器选足。

(3)将描点进行连线，根据U=E-/(R3+「)，得电池的电动势为E=1.49V,内阻一

△U049

=W-/?3=O44C—1Q=0"0。

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nm:3mnnnmnnni::ai::::::::::::::::

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命题点二实验拓展创新

高考热点•讲透练熟

【例2】（2020•山东日照市4月模拟）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，为了提高实验的精度，需要

测量电压表的内阻。实验室中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表，该同学便

充分利用这块表，设计了如佟16甲所示的实验电路，既能实现对该电压表内阻的

测量，乂能利用该表完成水果电池组电动势和内阻的测量。该同学用到的实验器

材有：待测水果电池组（电动势约4V、内阻约50C）,双向电压表（量程为2V、

内阻约为2kC）,电阻箱（0〜9999C）,滑动变阻器（0〜200Q）,一个单刀双掷开

关及若干导线。

（1）该同学按如图6甲明示电路图连线后，首先测量了电压表的内阻。请完善测量

电压表内阻的实验步骤：

图6

①将舟的滑动触片滑至最左端，将开关S拨向1位置，将电阻箱阻值调为0；

②调节R的滑动触片，使电压表示数达到满偏U；

③保持后不变，调节足，使电压表的示数达到孝，读出电阻箱的阻值，记为Ro,

则电压表的内阻Rv=o

⑵若测得电压表内阻为2kd可分析此测量值应（填“大于”“等于”或

“小于”）真实值。

⑶接下来测量电源的电动势和内阻，实验步骤如下：

①将开关S拨至_______（填力”或“2”）位置，将用的滑片移到最端，不

再移动；

②调节电阻箱的阻值，使电压表的示数达到一合适值，记录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和对应的电阻箱的阻值。

（4）若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为R,作出古一卷图像，如图乙所示，其

中纵轴截距为从斜率为七则电动势的表达式为,内阻的表达

式为。

答案（2）大于（3）2左［（

解析（1）滑动变阻器接入电路的阻值不变，电压表与电阻箱两端电压不变，电压

表示数变为满偏电压时，则电阻箱分压且阻箱接入电路的阻值等于电压

JJ

表内阻的2倍，则电压表内阻Rv=；Ro。

⑵调节电阻箱阻值使电压表示数变为满偏电压的;时，电路总电阻变大，电路总

电流变小，滑动变阻器与电源内阻分压变小，电阻箱与电压表两端总电压变大，

当电压表示数变为满偏电压的器1时，电阻箱两端电压大于电压表满偏电压的2右实

际上电压表内阻小于则电压表内阻的测量值偏大。

⑶①测电源电动势与内阻，应将开关*拨至2位置，将R的滑动触片移到最左

端，不再移动。

④由图2电路图可知，在闭合电路中，电源电动势

E=U+〃=U+多

A

11/1

则nll万=后+后天

由图示图像可知,图像截距

图像斜率仁亳

则电源电动势

电源内阻T。

【变式3】（2020•山东济宁市期末质量检测）现用下列器材测量电源的电动势和内

阻：

待测电源反电动势约为4V）；

电流表A（量程为0〜0.6A,内阻不计）；

电阻箱R（最大阻值为99.9Q）；

开关S；

导线若干。

(1)根据所给实验器材，画出实验原理图。

(2)根据实验原理，进行如下操作：调节电阻箱A的阻值，记录多组电流表的读数

/和电阻箱的对应读数R,以生为纵坐标，R为横坐标，根据测量数据作出的；一R

图像如图7所示，则电源电动势£=V,内阻厂=Q。

⑶若考虑到实际电表有内阻，关于该实验的误差分析，下列说法正确的是

A.电源内阻的测量值偏大

B.电源内阻的测量值偏小

C.电源电动势的测量值偏大

D.电源电动势的测量值偏小

答案⑴见解析(2)44(3)A

解析(1)由给出的仪器可知，实验中只给出了电流表和电阻箱，所以应采用电流

表与电阻箱串联的方式进行测量；如图所示。

E

(2)根据闭合电路欧姆定律可知/=含

K~vr

变形可*=京+亳

则由图可知京I=一5—彳1=2i

E-1

联立解得E=4V,，=4C。

(3)由等效电路可知，电源电动势的测量值等于电源没有接入电路时电源两端的电

压，所以电动势的测量值与真实值相等，内阻的测量值为电源内阻与电流表的串

联值，所以偏大，故A正确。

【变式4】(2020.安徽蚌埠市第二次质检)某物理兴趣小组想测定一种特殊电池的

电动势E和内电阻广。

甲

(1)某成员用多用电表的直流电压“2.5V”挡进行测量，结果指针偏转如图8甲所示,

则该电池的电动势约为Vo

(2)估测后，该小组成员经过充分讨论后，利用下列器材进行实验：

A.毫安表Ai(量程0〜0.2mA,内阻内=1.00)

B.毫安表A2(