第5節(jié)實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻

1、實 驗 九 測定電源的電動勢和內(nèi)阻一、實驗目的 (1)測定電源的電動勢和內(nèi)阻。(2)加深對閉合電路歐姆定律的理解。二、實驗器材 電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關、導線、坐標紙和刻度尺?？键c一實驗原理與操作典例1(2014·北京高考)利用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻。要求盡量減小實驗誤差。(1)應該選擇的實驗電路是圖實­9­1中的_(選填“甲”或“乙”)。(2)現(xiàn)有電流表(00.6 A)、開關和導線若干，以及以下器材：A電壓表(015 V)B電壓表(03 V) C滑動變阻器(050 ) D滑動變阻器(0500 )實驗中電壓表應選用_；滑動變阻器

2、應選用_。(選填相應器材前的字母)(3)某位同學記錄的6組數(shù)據(jù)如下表所示，其中5組數(shù)據(jù)的對應點已經(jīng)標在圖實­9­2的坐標紙上，請標出余下一組數(shù)據(jù)的對應點，并畫出U­I圖線。序號123456電壓U(V)1.451.401.301.251.201.10電流I(A)0.0600.1200.2400.2600.3600.480 圖實­9­1 圖實­9­2 圖實­9­3(4)根據(jù)(3)中所畫圖線可得出干電池的電動勢E_V，內(nèi)電阻r_。(5)實驗中，隨著滑動變阻器滑片的移動，電壓表的示數(shù)U及干電池的輸出功率P都會發(fā)生

3、變化。圖實­9­3的各示意圖中正確反映P­U關系的是_。由題引知·要點謹記1實驗電路的選擇對應第(1)題 干電池的內(nèi)阻很小，電流表應內(nèi)接。2實驗儀器的選擇對應第(2)題(1)干電池的電動勢大約為1.5 V，電壓表應選擇量程為3 V的。(2)滑動變阻器的選擇要注意保證實驗的安全性及方便調(diào)節(jié)的問題。3根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖的能力對應第(3)題4通過圖線獲取信息的能力對應第(4)題(1)在電源的U­I圖線中，若兩坐標軸均從零開始的，則圖線與U軸的截距為電源電動勢，圖線與I軸的截距為電源的短路電流；(2)若U軸不以零開始，則U軸截距仍為電動勢，I軸截距不再是

4、短路電流，則r。5.電源輸出功率與路端電壓的關系對應第(5)題根據(jù)電源最大輸出功率的條件，當外電阻等于電源內(nèi)阻時，電源輸出功率最大。此時電壓表示數(shù)等于電源電動勢的一半，選項C正確。題組突破1(2015·浙江名校聯(lián)考)某同學要測定一電源的電動勢E和內(nèi)電阻r，實驗器材有：一只DIS電流傳感器(可視為理想電流表，測得的電流用I表示)，一只電阻箱(阻值用R表示)，一只開關和導線若干。該同學設計了如圖實­9­4甲所示的電路進行實驗和采集數(shù)據(jù)。圖實­9­4(1)該同學設計實驗的原理表達式是E_(用r、I、R表示)。(2)該同學在閉合開關之前，應先將電阻箱調(diào)

5、到_(填“最大值”、“最小值”或“任意值”)，實驗過程中，將電阻箱調(diào)至如圖乙所示位置，則此時電阻箱接入電路的阻值為_。(3)該同學根據(jù)實驗采集到的數(shù)據(jù)作出如圖丙所示的 ­R圖像，則由圖像可求得，該電源的電動勢E_ V，內(nèi)阻r_ 。(結果均保留兩位有效數(shù)字)2(2014·全國卷)利用如圖實­9­5所示電路，可以測量電源的電動勢和內(nèi)阻，所用的實驗器材有：待測電源，電阻箱R(最大阻值為999.9 )，電阻R0(阻值為3.0 )，電阻R1(阻值為3.0 )，電流表(量程為200 mA，內(nèi)阻為RA6.0 )，開關S。實驗步驟如下：將電阻箱阻值調(diào)到最大，閉合開關S；

6、 多次調(diào)節(jié)電阻箱，記下電流表的示數(shù)I和電阻箱相應的阻值R；以為縱坐標，R為橫坐標，作 ­R圖線(用直線擬合)； 求出直線的斜率k和在縱軸上的截距b。回答下列問題：(1)分別用E和r表示電源的電動勢和內(nèi)阻，則與R的關系式為_。(2)實驗得到的部分數(shù)據(jù)如下表所示，其中電阻R3.0 時電流表的示數(shù)如圖實­9­6所示，讀出數(shù)據(jù)，完成下表。答：_；_。R/1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.1250.1000.0910.0840.077/A16.998.0010.011.011.913.0圖實­9­5 圖實­9

7、3;6 圖實­9­7 (3)在圖實­9­7的坐標紙上將所缺數(shù)據(jù)點補充完整并作圖，根據(jù)圖線求得斜率k_ A1·1，截距b_ A1。(4)根據(jù)圖線求得電源電動勢E_V，內(nèi)阻r_?？键c二數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例2用圖實­9­8所示電路，測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中用一個定值電阻R0起保護作用。除電池、開關和導線外，可供使用的實驗器材還有：圖實­9­8A電流表(量程0.6 A、3 A)； B電壓表(量程3 V、15 V)； C定值電阻(阻值1 、額定功率5

8、 W)； D定值電阻(阻值10 、額定功率10 W)； E滑動變阻器(阻值范圍010 、額定電流2 A)； F滑動變阻器(阻值范圍0100 、額定電流1 A)。那么：(1)要正確完成實驗，電壓表的量程應選擇_V，電流表的量程應選擇_A；R0應選擇_的定值電阻，R應選擇阻值范圍是_的滑動變阻器。(2)引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是_。由題引知·要點謹記1數(shù)據(jù)的分析和處理、選擇合適的實驗器材對應第(1)題(1)干電池的電動勢為1.5 V，故選量程為3 V的電壓表。(2)實驗中要求通過電源的電流不超過0.6 A。(3)保護電阻不宜太大，否則會使得電流表、電壓表示數(shù)的變化范圍太小，造成較大的

9、誤差。(4)滑動變阻器的最大阻值一般比電池內(nèi)阻大幾倍就好了，取010 能很好地控制電路中的電流和電壓，若取0100 會出現(xiàn)開始幾乎不變最后突然變化的現(xiàn)象。2.系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因?qū)?2)題,系統(tǒng)誤差一般是由測量工具和測量方法造成的，一般具有傾向性，總是偏大或者偏小。本實驗中由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比測量值小，造成E測E真，r測r真。 題組突破3(2014·大綱卷)現(xiàn)要測量某電源的電動勢和內(nèi)阻。可利用的器材有：電流表，內(nèi)阻為1.00 ；電壓表；阻值未知的定值電阻R1、R2、R3、R4、R5；開關S；一端連有鱷魚夾P的導線1，其他導線若干。某同學設計的測量電路如圖實

10、73;9­9所示。(1)按圖實­9­9在實物圖實­9­10中畫出連線，并標出導線1和其P端。 圖實­9­9 圖實­9­10 圖實­9­11(2)測量時，改變鱷魚夾P所夾的位置，使R1、R2、R3、R4、R5依次串入電路，記錄對應的電壓表的示數(shù)U和電流表的示數(shù)I。數(shù)據(jù)如下表所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖實­9­11中的坐標紙上將所缺數(shù)據(jù)點補充完整，并畫出U­I圖線。I(mA)1931531116930U(V)2.512.592.682.762.84(3)根據(jù)U&#

11、173;I圖線求出電源的電動勢E_V，內(nèi)阻r_。(保留2位小數(shù))4(2013·安徽高考)根據(jù)閉合電路歐姆定律，用圖實­9­12所示電路可以測定電池的電動勢和內(nèi)電阻。圖中R0是定值電阻，通過改變R的阻值，測出R0兩端的對應電壓U12，對所得的實驗數(shù)據(jù)進行處理，就可以實現(xiàn)測量目的。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在­R坐標系中描出坐標點，如圖實­9­13所示。已知R0150 ，請完成以下數(shù)據(jù)分析和處理。 圖實­9­12 圖實­9­13 (1)圖實­9­13中電阻為_的數(shù)據(jù)點應剔除；(2)在坐標紙上畫

12、出­R關系圖線；(3)圖線的斜率是_(V1·1)，由此可得電池電動勢Ex_V。5(2015·濟寧模擬)老師要求同學們測出一待測電源的電動勢及內(nèi)阻，所給的實驗器材有：待測電源E，定值電阻R1(阻值未知)，電壓表V(量程為3.0 V，內(nèi)阻很大)，電阻箱R(099.99 )，單刀單擲開關S1，單刀雙擲開關S2，導線若干。某同學連接了一個如圖實­9­14所示的電路，他接下來的操作是：a撥動電阻箱旋鈕，使各旋鈕盤的刻度處于如圖實­9­15甲所示的位置后，將S2接到A，閉合S1，記錄下對應的電壓表示數(shù)為2.20 V，然后斷開S1；b保持

13、電阻箱示數(shù)不變，將S2切換到B，閉合S1，記錄此時電壓表的讀數(shù)(電壓表的示數(shù)如圖乙所示)，然后斷開S1。 圖實­9­14 圖實­9­15 (1)請你解答下列問題：圖實­9­15甲所示電阻箱的讀數(shù)為_ ，圖乙所示的電壓表讀數(shù)為_ V。由此可算出定值電阻R1的阻值為_ 。(計算結果取3位有效數(shù)字)(2)在完成上述操作后，該同學繼續(xù)以下的操作：將S2切換到A，多次調(diào)節(jié)電阻箱，閉合S1，讀出多組電阻箱的示數(shù)R和對應的電壓表示數(shù)U，由測得的數(shù)據(jù)，繪出了如圖丙所示的 ­圖像。由此可求得該電池組的電動勢E及內(nèi)阻r，其中E_ V，電源內(nèi)阻r

14、_。(計算結果保留3位有效數(shù)字)考點三實驗的改進與創(chuàng)新典例3(2014·福建高考)某研究性學習小組利用伏安法測定某一電池組的電動勢和內(nèi)阻，實驗原理如圖實­10­16甲所示，其中，虛線框內(nèi)為用靈敏電流計 改裝的電流表 ，為標準電壓表，E為待測電池組，S為開關，R為滑動變阻器，R0是標稱值為4.0 的定值電阻。(1)已知靈敏電流計的滿偏電流Ig100 A、內(nèi)阻rg2.0 k，若要改裝后的電流表滿偏電流為200 mA，應并聯(lián)一只_(保留一位小數(shù))的定值電阻R1。(2)根據(jù)圖甲，用筆畫線代替導線將圖乙連接成完整電路。圖實­9­16(3)某次實驗的數(shù)據(jù)如

15、下表所示：測量次數(shù)12345678電壓表讀數(shù)U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改裝表讀數(shù)I/mA20406080100120140160該小組借鑒“研究勻變速直線運動”實驗中計算加速度的方法(逐差法)，計算出電池組的內(nèi)阻r_(保留兩位小數(shù))；為減小偶然誤差，逐差法在數(shù)據(jù)處理方面體現(xiàn)出的主要優(yōu)點是_。(4)該小組在前面實驗的基礎上，為探究圖甲電路中各元器件的實際阻值對測量結果的影響，用一已知電動勢和內(nèi)阻的標準電池組，通過上述方法多次測量后發(fā)現(xiàn)：電動勢的測量值與已知值幾乎相同，但內(nèi)阻的測量值總是偏大。若測量過程無誤，則內(nèi)阻測量值總是偏大的原因是_。(填選項前的字

16、母)A電壓表內(nèi)阻的影響 B滑動變阻器的最大阻值偏小 CR1的實際阻值比計算值偏小 DR0的實際阻值比標稱值偏大由題引知·要點謹記1.考查知識點的創(chuàng)新對應第(1)題借助測定電池組的電動勢和內(nèi)阻實驗，考查了電流表的改裝，電流表改裝的原理為：并聯(lián)一只電阻R1，Igrg(IIg)R1，即R13.數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新對應第(3)題(1)“逐差法”一般應用在通過紙帶求解加速度的實驗中，本實驗所記錄的數(shù)據(jù)中 的讀數(shù)中依次相差20 mA。所以也可采用逐差法計算電池組的內(nèi)阻。(2)根據(jù)電源的伏安特性曲線可知，電源的內(nèi)阻rR0，結合逐差法可得，rR0÷45.66 ，所以r1.66 。(3)采用逐差法

17、處理實驗數(shù)據(jù)時能夠充分利用已測得的數(shù)據(jù)，以減小實驗的偶然誤差。4誤差分析的創(chuàng)新對應第(4)題 電動勢測量值誤差很小，說明電壓表分流產(chǎn)生的誤差可以忽略不計；通過電源的電流的測量值小于真實值，即與電流計并聯(lián)的電阻R1的實際值小于計算值；由電源內(nèi)阻的計算式r R0知，若R0標稱值比實際值小，會導致內(nèi)阻測量值總是偏大。 還可以用以下幾種方法測定電源的電動勢和內(nèi)阻。安阻法伏阻法伏伏法電路圖原理EI(Rr)EUrEU1U2r EU1r誤差E測E真，r測r真E測E真，r測r真題組突破6為了測定電源電動勢E、內(nèi)電阻r的大小并同時描繪出小燈泡的伏安特性曲線，某同學設計了如圖實­9­17甲所示

18、的電路。閉合開關，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，同時記錄電阻箱的阻值R，電壓表V1的示數(shù)U1，電壓表V2的示數(shù)U2。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計算出流過電阻箱的電流I，分別描繪了a、b兩條U­I圖線，如圖乙所示。請回答下列問題：圖實­9­17(1)寫出流過電阻箱的電流I的表達式：_；(2)小燈泡兩端電壓隨電流變化的圖像是_(選填“a”或“b”)；(3)根據(jù)圖乙可以求得電源的電動勢E_ V，內(nèi)電阻r_ ，該電路中小燈泡消耗的最大功率為_ W。7(2012·福建高考)某研究性學習小組欲測定一塊電池的電動勢E。(1)先直接用多用電表測定該電池電動勢。在操作無誤的情況下，多用電表表盤示數(shù)

19、如圖實­9­18，其示數(shù)為_V。 圖實­9­18 圖實­9­19 圖實­9­20(2)然后，用電壓表V、電阻箱R、定值電阻R0、開關S、若干導線和該電池組成電路，測定該電池電動勢。(i)根據(jù)電路圖，用筆畫線代替導線，將實物圖連接成完整電路。(ii)閉合開關S，調(diào)整電阻箱阻值R，讀出電壓表V相應示數(shù)U。該學習小組測出大量數(shù)據(jù)，分析篩選出下表所示的R、U數(shù)據(jù)，并計算出相應的與的值。請用表中數(shù)據(jù)在坐標紙上描點，并作出 ­ 圖線。R()166.771.450.033.325.020.0U(V)8.35.94.84

20、.23.22.9(×1021)0.601.402.003.004.005.0(V1)0.120.170.210.240.310.35(iii)從圖線中可求得E_V。實 驗 九 測定電源的電動勢和內(nèi)阻解析典例1答案(1)甲 (2)BC (3)如圖所示 (4)1.50(1.491.51)0.83(0.810.85) (5)C典例2答案(1)30.61010(2)由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比電池實際輸出電流小典例3答案(1)1.0(2)如圖所示(3)1.66充分利用已測得的數(shù)據(jù)(4)CD題組突破1.解析：(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律，該同學設計實驗的原理表達式是EI(Rr)。(2

21、)根據(jù)實驗的安全性原則，在閉合開關之前，應先將電阻箱調(diào)到最大值。根據(jù)電阻箱讀數(shù)規(guī)則，電阻箱接入電路的阻值為2×10 1×1 21 。(3)由EI(Rr)可得Rr。 ­R圖像斜率等于，E6.3 V，圖像在縱軸截距等于r，r2.5 。答案：(1)I(Rr)(2)最大值21(3)6.3(6.16.4)2.5(2.42.6)2.解析：(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律，可得E，可得R。(2)根據(jù)電流表讀數(shù)原理可得：其讀數(shù)為0.110 A，其倒數(shù)為9.09 A1。(3)根據(jù)圖線可知，斜率k1.0 A1·1，截距b6.0 A1。(4)根據(jù)圖線，1.0 A1·1，電動勢E3.0 V，6.0 A1，內(nèi)阻r1.0 。答案：(1)R或?qū)懗蒖(5.0r)(2)0.1109.09 (3)如圖所示1.06.0(4)3.01.03.解析：(1)根據(jù)實驗原理圖進行實物圖連線，如圖所示。 (2)根據(jù)所給數(shù)據(jù)，描點連線，如圖所示。 (3)在U­I圖像中，圖線與縱軸的交點坐標等于電源的電動勢，即E2.90 V；圖線的斜率大小等于電源的內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻之和，則r1.03 。答案：(1)見解析(2)見解析(3)2.901.034.解