高考總復習物理（人教版）教師用書實驗10測定電源的電動勢和內(nèi)阻

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、實驗原理1．如圖甲所示，改變R的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組I、U值，利用閉合電路的歐姆定律求出幾組E、r值，最后分別算出它們的平均值．2．用圖象法來處理數(shù)據(jù)，在坐標紙上以I為橫坐標、U為縱坐標，用測出的幾組I、U值畫出U-I圖象，如圖乙所示，直線跟縱軸的交點的縱坐標表示電源電動勢E的值，圖線的斜率的絕對值即內(nèi)阻r的值．三、實驗器材電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導線、坐標紙和刻度尺．四、實驗步驟1．電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，2．把變阻器的滑片移動到使阻值最大的一端．3．閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1)．用同樣方法測量出六組I、U的值．填入表格中.組數(shù)物理量第1組第2組第3組第4組第5組第6組U/VI/A4.斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材．(2018·洛陽月考)在做“測量電源的電動勢和內(nèi)阻”實驗時：(1)某同學連接了實物線路圖甲中的部分導線，請幫助他將電壓表正確地連入電路中．(2)檢查電路無誤后，閉合開關(guān)前，應把滑動變阻器的滑片移到最________端(填“左”或“右”)．(3)某實驗小組測得了一系列數(shù)據(jù)，并在圖乙坐標紙上描繪出了該電源的U-I圖線，根據(jù)圖線求得電源的電動勢E＝________V，內(nèi)電阻r＝________Ω(保留三位有效數(shù)字)．解析：(1)測量電源的電動勢和內(nèi)電阻的實驗電路較為簡單，只需要滑動變阻器控制電路中的電流，再利用電流表和電壓表分別測量電流和電壓即可，由于內(nèi)阻較小，故一般采用相對電源的電流表外接法；同時注意開關(guān)應控制整個電路；故實物圖如圖所示．(2)為了讓電流由最小開始調(diào)節(jié)，故開始時滑動變阻器應調(diào)至最大，故應調(diào)至最右端；(3)根據(jù)U＝E－Ir可知，圖象與縱坐標的交點表示電源的電動勢，故E＝2.94V；圖象的斜率表示內(nèi)阻，故r＝eq\f(ΔU,ΔI)＝eq\f(2.94－2.10,0.5)Ω＝1.68Ω.答案：(1)如圖所示(2)右(3)2.941.68一、數(shù)據(jù)處理1．公式法：聯(lián)立六組對應的U、I數(shù)據(jù)，滿足關(guān)系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r、…，讓第1式和第4式聯(lián)立方程，第2式和第5式聯(lián)立方程，第3式和第6式聯(lián)立方程，這樣解得三組E、r，取其平均值作為電池的電動勢E和內(nèi)阻r.2．圖象法：在坐標紙上以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立UI坐標系，在坐標平面內(nèi)描出各組(I，U)值所對應的點，然后盡量多地通過這些點作一條直線，不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側(cè)，則直線與縱軸交點的縱坐標值即是電池電動勢的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線的斜率絕對值即為電池的內(nèi)阻r，即r＝eq\f(ΔU,ΔI).二、誤差分析1．偶然誤差(1)由于讀數(shù)不準和電表線性不良引起誤差．(2)用圖象法求E和r時，由于作圖不準確造成誤差．(3)測量過程中通電時間過長或電流過大，都會引起E、r變化．2．系統(tǒng)誤差：由于電壓表和電流表內(nèi)阻影響而導致的誤差．如圖甲所示，在理論上E＝U＋(IV＋IA)r，其中電壓表示數(shù)U是準確的電源兩端電壓．而實驗中忽略了通過電壓表的電流IV而形成誤差，而且電壓表示數(shù)越大，IV越大．結(jié)論：①當電壓表示數(shù)為零時，IV＝0，IA＝I短，短路電流測量值＝真實值；②E測<E真；③因為r測＝eq\f(E測,I短)，所以r測<r真．從電路的角度看，電壓表應看成內(nèi)電路的一部分，故實際測出的是電池和電壓表這一整體的等效內(nèi)阻和電動勢(r測和E測)，如圖甲所示，因為電壓表和電池并聯(lián)，所以r測小于電池內(nèi)阻r真，因為外電阻R斷開時，a、b兩點間電壓Uab等于電動勢E測，此時電源與電壓表構(gòu)成回路，所以Uab<E真，即E測<E真．三、注意事項1．可選用舊電池：為了使電路的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過一段時間的1號干電池．2．電流不要過大，讀數(shù)要快：干電池在大電流放電時，電動勢E會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大．因此，實驗中不要將I調(diào)得過大，讀電表要快，每次讀完立即斷電．3．計算法求E、r：要測出不少于6組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時，要將測出的I、U數(shù)據(jù)中，第1和第4為一組、第2和第5為一組、第3和第6為一組，分別解出E、r值再求平均值．4．合理選擇標度：為使圖線分布空間大，如圖所示，縱坐標可以不從零開始，則圖線和橫軸的交點不再是短路電流，電源的內(nèi)阻不能用r＝eq\f(E,I短)確定，應根據(jù)r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,Δ)))確定．(2018·黑龍江牡丹江模擬)為了測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，某同學采用了伏安法，現(xiàn)備有下列器材：A．被測干電池一節(jié)B．電流表1：量程0～0.6A，內(nèi)阻r＝0.3C．電流表2：量程0～0.6A，內(nèi)阻約為0.1D．電壓表1：量程0～3V，內(nèi)阻未知E．電壓表2：量程0～15V，內(nèi)阻未知F．滑動變阻器1：0～10Ω，2G．滑動變阻器2：0～100Ω，1H．開關(guān)、導線若干伏安法測電池電動勢和內(nèi)阻的實驗中，由于電流表和電壓表內(nèi)阻的影響，測量結(jié)果存在系統(tǒng)誤差；在現(xiàn)有器材的條件下，要盡可能準確地測量電池的電動勢和內(nèi)阻．(1)在上述器材中請選擇適當?shù)钠鞑模篲_______(填寫選項前的字母)；(2)實驗電路圖應選擇下圖中的________(填“甲”或“乙”)；(3)根據(jù)實驗中電流表和電壓表的示數(shù)得到了如圖丙所示的UI圖象，則干電池的電動勢E＝________V，內(nèi)電阻r＝________Ω.解析：(1)在上述器材中請選擇適當?shù)钠鞑模罕粶y干電池一節(jié)；電流表B的內(nèi)阻是已知的，故選B，電壓表選擇量程0～3V的D，滑動變阻器選擇阻值較小的F，開關(guān)、導線若干，故選ABDFH；(2)因電流表的內(nèi)阻已知，故實驗電路圖應選擇圖甲；(3)根據(jù)實驗中電流表和電壓表的示數(shù)得到了如圖丙所示的U-I圖象，則干電池的電動勢E＝1.5V，內(nèi)電阻r＝eq\f(1.5－1.0,0.5)Ω－0.3Ω＝0.7Ω.答案：(1)ABDFH(2)甲(3)1.50.7以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開放性、探究性、設計性等特點．1．實驗方法、方案的拓展安阻法伏阻法實驗電路安阻法伏阻法實驗原理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)圖象2.粗測法：用一只電壓表粗測電動勢，直接將電壓表接在電源兩端，所測值近似認為是電源電動勢，此時U＝eq\f(ERV,RV＋r)≈E，需滿足RV?r.(2018·鞍山模擬)某研究性學習小組欲較準確地測量一電池組的電動勢及其內(nèi)阻，給定的器材如下：A．電流表G(滿偏電流10mA，內(nèi)阻10Ω)B．電流表A(0～0.6A～3C．滑動變阻器R0(0～100Ω，1D．定值電阻R(阻值990Ω)E．多用電表F.開關(guān)與導線若干(1)某同學首先用多用電表的直流10V擋粗略測量電池組的電動勢，電表指針如甲圖所示，則該電表讀數(shù)為________V.(2)該同學再用提供的其他實驗器材，設計了如下圖乙所示的電路，請你按照電路圖在圖丙上完成實物連線．(3)圖丁為該同學根據(jù)上述設計的實驗電路利用測出的數(shù)據(jù)描繪出的I1eq\a\vs4\al(-)I2圖線(I1為電流表G的示數(shù)，I2為電流表A的示數(shù))，則由圖線可以得到被測電池組的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω.解析：(1)量程為10V，則最小分度為0.2，故讀數(shù)為7.2V.(2)先將電流表及滑動變阻