2019年物理《复习方略》课件（鲁科版）选修3-1 第七章 实验九测定电源的电动势和内阻

1、实验九 测定电源的电动势和内阻,【实验目的】 1.测定电源的电动势和内阻。 2.掌握用图像法求电动势和内阻。 【实验原理】 1.实验依据闭合电路欧姆定律。 2.实验电路：如图,3.E和r的求解：由U=E-Ir 得： 解得： 4.作图法处理数据，如图所示 (1)图线与纵轴交点为E。 (2)图线与横轴交点为 (3)图线的斜率绝对值表示,【实验器材】 电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、 导线、坐标纸、铅笔。,【实验过程】 一、实验步骤 1.电流表用0.6 A量程，电压表用 3 V量程，按实验电路图连接好电路。 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，

2、使电 流表有明显示数并记录一组数 据(I1，U1)。用同样方法测量几组I、U值。填入表格中。 4.断开开关，拆除电路，整理好器材。,锦囊妙诀：滑动变阻为外电阻，列表记录两表读数，电压变化便于作图，U轴起点要看清楚，求解E、r要用U -I图。,二、数据处理 1.数据记录 设计表格，将测得的几组U、I值填入表格中。,2.数据处理 方法一：列方程组求解电动势和内阻的大小 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：用图像法处理数据 在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U -I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

3、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)，直线斜率的绝对值即为电池的内阻 r，即,【误差分析】 1.偶然误差 (1)读数不准引起误差。 (2)用图像法求E和r时，由于作图不准确造成误差。 2.系统误差 (1)若采用甲图， 其U-I图像如乙图所 示。由于电压表的分 流作用造成误差。 结论：E测E真。r测r真。,(2)若采用丙图，其U-I图像如丁图所示。 由于电流表的分压作用造成误差。 结论： E测=E真。r测r真。,【注意事项】 1.为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应大些(选用 已使用过一段时间的干电

4、池)。 2.要测出不少于6组的(I，U)数据，且变化范围要大些，然后 用方程组求解，并求平均值。 3.为了使所画直线的斜率不太小，U-I图线纵轴刻度可以不从 零开始，但要注意此时图线和横轴的交点不再是短路电流，电 源的内阻不能用 确定。应根据 确定。,【实验改进】 以上测量方法一般称为伏安法,还可以用两只电压表测量电源 的电动势和内阻，电路如图所示。 当开关S接1时，电压表 (其内阻 为R1)示数为U0，当开关S接2时，电 压表 、 的示数为U1、U2，由欧姆 定律得 解得,该测量方法与原测量方法相比 优点：无系统误差。 缺点：(1)需提前知道 的内阻； (2)无法多次测量。,热点 1 对实验

5、原理、数据处理的考查 【典例1】(2012福建高考)某研究性学习小组欲测定一块电 池的电动势E。 (1)先直接用多用电表测定该电池电动势。在操作无误的情况 下,多用电表表盘示数如图,其示数为 V。 (2)然后,用电压表 、电阻箱R、定值电阻R0、开关S、若干导 线和该电池组成电路,测定该电池电动势。,()根据电路图,用笔画线代替导线,将实物图连接成完整电路。,()闭合开关S,调整电阻箱阻 值R,读出电压表 相应示数U。 该学习小组测出大量数据,分 析筛选出下表所示的R、U数据, 并计算出相应的 与 的值。 请用表中数据在坐标纸上描点, 并作出 图线。,()从图线中可求得E= V。,【标准解答】

6、(1)选择中间标尺，10 V量程最小刻度为0.2 V, 因此示数为 (2)()依电路图连接实物图如图所示,()据表格数据描点所作图像如图所示,()据闭合电路欧姆定律 得 因此据图像纵坐标读数的倒数得E=10.0 V(9.511.1 V均可)。 答案：(1)9.4 (2)()实物连线见标准解答 ()图线见标准解答 ()10.0 (9.511.1均可),热点 2 利用电阻箱和电流表测量电源的电动势和内电阻 【典例2】(2013中山模拟)小明要测定一电源的电动势E和 内电阻r，实验器材有：一只DIS电流传感器(可视为理想电流 表，测得的电流用I表示)，一只电阻箱(阻值用R表示)，一只 开关和导线若干

7、。该同学设计了如图甲所示的电路进行实验和 采集数据。,(1)小明设计该实验的原理表达式是 (用E、r、I、R表 示)； (2)小明在闭合开关之前，应先将电阻箱阻值调至 (选填 “最大值”“最小值”或“任意值”)， 在实验过程中，将电阻箱调至图乙所示位置，则此时电阻箱接 入电路的阻值为 ； (3)小明根据实验采集到的数据作出如图丙所示的 图像， 则由图像求得该电源的电动势E= V，内阻r= 。 (结果均保留两位有效数字),【标准解答】(1)在闭合电路中，E、I、R、r几个量之间的关系是E=I(R+r)。 (2)为了整个电路的安全，开始电流要小，即电阻箱电阻调到最大值；题图乙电阻箱读数为25 。,

8、(3)根据E=I(R+r)， 推出 再结合 图像可知： 图线的斜率为 截距为 解得E=6.0 V(5.86.2均可)， r=2.4 (2.32.5均可)。 答案：(1)E=I(R+r) (2)最大值 25 (3)6.0(5.86.2均可) 2.4(2.32.5均可),【双基题组】 1.(2013福州模拟)某同学用 电压表、电流表测量一节干电 池的电动势和内阻，采用的电 路图如图所示，实验操作正确， 他记录了七组(U，I)数据，关于数据的处理，下列操作正确 的是( ) A.电压表的读数U的平均值等于电动势E B.任意取两组数据，代入方程E=U1+I1r，求出E、r C.画出U-I图像，由图像求E

9、、r D.以上说法都正确,【解析】选C。电压表测的是外电路两端的电压，不等于电动 势，A错误；测量的偶然误差很大，B错误；画出U-I图像，这 七组数据对应的点不一定都在一条直线上，作U-I图像时，舍 去误差较大的点，故由图像法求E、r可减小偶然误差，故正 确操作应为C。,2.(2013中山模拟)某实验小组利用如图所示电路测定一节 电池的电动势和内电阻，备有下列器材： 待测电池，电动势约为1.5 V(小于1.5 V) 电流表，量程3 mA 电流表，量程0.6 A 电压表，量程1.5 V 电压表，量程3 V 滑动变阻器，020 开关一个，导线若干,(1)请选择实验中需要的器材 (填标号)。 (2)

10、按电路图将实物(如图甲所示)连接起来。 (3)小组由实验数据作出的U-I图像如图乙所示，由图像可求得 电源电动势为 V，内电阻为 。,【解析】(1)根据本实验的原理以及特点， 所选器材是； (2)根据电路图连接实物图时，一定要看清电路的结构， 滑动变阻器的接线柱所在的位置，注意导线不能交叉； (3)电源的电动势是纵轴截距1.45 V，内电阻,答案：(1) (2)如图所示 (3)1.45 2.9,3.(2013珠海模拟)如图所示，在“测定电源的电动势和内电 阻”的实验中：,(1)请你不改动已接导线，在图甲中把还需要连接的导线补上。 (2)闭合开关前，应使滑动变阻器滑片处在_位置上。 (3)测得该

11、电源的伏安特性曲线如图乙所示，则纵坐标表示的 是该电路的 电压，该电源的电动势为 V，内电阻 为 。,【解析】(1)电压表测路端电压，滑动变阻器采用限流接法， 开关控制整个电路。实物图如图所示。 (2)闭合开关前，为安全起见，滑动变阻器滑片应处在阻值最大端。,(3)在U-I图像上，纵坐标表示电源的路端电压。该图像与纵轴 的交点表示电源电动势，故E=1.8 V，斜率的绝对值表示电源 内阻的大小。 故 答案：(1)见解析图 (2)阻值最大 (3)路端 1.8 2,【高考题组】 4.(2012重庆高考)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

12、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图像，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，请在题图中用笔画线代替导线连接电路。,(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图像如图中(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 (选填 “增大”“减小”或“不变”)。电源内阻 (选填“增 大”“减小”或“不变”)。 曲线(c)对应的电源电动势E=

13、 V，内阻r= ， 当外电路总电阻为2 500 时，该电源的输出功率P=_mW。 (均保留三位有效数字),【解析】(1)根据闭合电路的欧姆定律可知，电源路端电压U、 电源电动势E、电流以及内电阻r这几个物理量之间的关系是 U=E-Ir。 (2)为了避免电流的分压作用，电流表应该相对电源外接，也 就是说，电压表要并联在电源两端。,(3)U-I图像纵轴截距表示电源电动势，从图像上看，纵轴截 距没有变化，因此电源的电动势不变。(a)、(b)、(c)、(d) 的斜率依次增大，所以电源内电阻增大。对于图线(c)，因为 U=E-Ir，纵轴截距为0.975 V，在(c)上取两点，斜率 =478 ,所以电源电

14、动势为0.975 V，内电阻为478 。 外电阻R=2 500 时，电路电流 电源输出功率P=I2R=0.32722 500 10-6 W= 0.268 mW。,答案： (1)U=E-Ir (2)如图 (3) 不变 增大 0.975 478 0.268,5.(2010上海高考)某同学利用DIS、定值电阻R0、电阻箱R1 等实验器材测量电池a的电动势和内阻，实验装置如图所示， 实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R， 用电压传感器测得路端电压U，并在计算机上显示出如图所示 的 关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势 和内阻，得到图中的图线b。,(1)由图线a可知电池a的电动

15、势Ea= V，内阻ra= 。 (2)若用同一个电阻R先后与电池a及电池b连接，则两电池的输 出功率Pa Pb，两电池的效率a b。(以上两空均 选填“大于”“等于”或“小于”),【解析】(1)根据 得 图像a的纵截距 为0.5( )，斜率为0.25( )，所以电动势Ea=2 V，内阻ra= 0.5 。 (2)当同一电阻R分别与a、b电池连接时，由图像知UaUb, 由电池的输出功率 可得,PaPb,当 时,即 解得 由图像延长线与横轴交点可知 rarb，电池的效率 得a大于b. 答案：(1)2 0.5 (2)小于 大于,6.(2010广东高考)某同学利用电压表和电阻箱测定干电池 的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻(R0=5 )一 个，开关两个，导线若干，实验原理如图甲。 (1)在图乙的实物图中,已正确连接了部分电路，请完成余下电 路的连接。 (2)请完成下列主要实验步骤： A.检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图丙所 示，读得电阻值是 ； B.将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49 V； C.将开关S2 ，电压表的示数是1.16 V;断开开关S1。,(3)使用测得的数据，