实验测定电源的电动势和内阻

1、沁阳市物理备课组 主备 张卫平 审定 张德华 2007年12月18日实验 测定电源的电动势和内阻【实验目的】1掌握利用电压表和电流表测量电池电动势和内电阻的方法；2学会利用图线处理数据的方法。3使学生理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能，具备敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神，培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高学生对物理学习的动机和兴趣。【实验原理】由闭合电路的欧姆定律ie（rr）可得：ueir，式中e、r为电源电动势和内电阻，在电路中不随外电阻的变化而改变。当外电阻r变化时，路端电压u及电路中的电流i将发生改变。如改变外电阻，求得n组u、i值，即可由公式法或

2、图象法求得e、r。【实验器材】电流表，电压表，滑动变阻器，开关，电池，电池盒，一小电阻（可充当电源内阻），导线若干。【实验步骤】vars图1连接电路，如图1所示。电流表取0.6a量程，电压表取3v量程，移动触头位置，使电键刚闭合时，连入电路的有效阻值最大。测几组（i，u）值。闭合电键，移动变阻器触头位置，使电流表有明显示数，记下一组（i，u）值，断开电键，用同样方法，多次移动变阻器触头位置，记录多组（i，u）值，然后断开电键。建立坐标系、描点。纵轴表示电压，横轴表示电流，取合适的标度，使所描坐标点分布绝大部分坐标纸，必要时纵坐标可以不从零开始计数。据描出的坐标点作出ui图象。应使图象尽量多地通

3、过描出的点，不在图象上的点要尽量对称地分布于图线两侧，对于个别离图线较远的点，误差很大，应坚决舍弃。测算电动势和内电阻。准确读出ui图象与纵轴和横轴的交点坐标，并代入u=e-ir中，算出e，r。 【注意事项】1由于干电池的内电阻较小（05欧15欧），如果电路短路，电路中电流过大，会损坏电表和电池，因而调节滑动变阻器时要防止电阻为零的情况发生。2一般来说干电池的电动势和内电阻是要变化的，随着电池使用时间的增加，它的电动势减小，内电阻增加。实验中使用电动势为14伏左右半新电池效果较好。如果是新电池，电动势在155伏到158伏之间，使用前应用小电流放一下电，使电动势降到15伏，并且稳定下来。3实验时

4、为了不使在外电阻较小时，电路中的电流长时间超过干电池的正常放电电流（03安），应使通电时间越短越好，只是在读取数据时让电路接通，否则易损伤电池。4改变滑动变阻器的阻值时，最好让两个电表中的一个表的指针指整数格，每次的电阻值的变化适当大一些，可以减小读数误差，电表读数应多估计一位。5图线坐标轴的单位长度取得是否合适直接影响作图的准确性。图线的倾角最好接近45°，坐标原点可以不从零开始，比如纵坐标原点可从比测量时的最小电压稍小的某一电压值u0开始。但这时图线与横轴的交点i不再是短路电流，电源内电阻为：【误差分析】实验中的误差属于系统误差，因为 电压表的分流作用 所以 

5、 i真=i测iv即（i真-i测），反映在图线上：当u=0时，iv0  ii真故r真r测  e真e测【经典例题】例1 （2006广东）某同学设计了一个如图所示的实验电路，用以测定电源电动势和内阻，使用的实验器材为：待测干电池组（电动势约3v）、电流表（量程0.6a，内阻小于1）、电阻箱（099.99）、滑动变阻器（010）、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干。考虑到干电池的内阻较小，电流表的内阻不能忽略。（1）该同学按图连线，通过控制开关状态，测得电流表内阻约为0.20。试分析该测量产生误差的原因是_。（2）简要写出利用图7所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤：_；

6、_。（3）图是由实验数据绘出的图象，由此求出待测干电池组的电动势e_v、内阻r_ 。（计算结果保留三位有效数字）acdskapbrraer图7 【答案】：（1）并联电阻箱后线路总阻值减小，从而造成总电流增大 （2）调节电阻箱r，断开开关k，将开关 s接d，记录电阻箱的阻值和电流表示数；断开开关d，再次调节电阻箱r，将开关s接d，记录电阻箱的阻值和电流表示数 （3）2.81 2.33 【解析】：测定电源电动势和内阻实验的原理知，此种接法出现误差的原因是电流表的分压作用。而r=r+r，图线的斜率表示电源电动势的倒数，据此得出电动势e2.81v, 内 阻 r2.33。有的考生不能正确理解图象的物理意

7、义，从而无法得出正确的答案。 例2、测定电池电动势与内电阻的电路，有如图甲、乙两种，r，u，i各量的真实值与测量值均可在足码上标出，电流表与电压表内阻用ra与rv表示。baiuo                        (1)由甲图可知，电压的误差u           由此可知i越大，u &

8、#160;           。若i=0，则u=             。由此可以判定，在电池的ui图线中，实线是真实值的图象，那么用电路甲测得的ui图线便是虚线        ，由该电路测得的电动势内电阻分析:甲图中路端电压的真实值   电压误差   当i=0时，u=0 即 

9、;  u-i的图象是b。由于虚线b比实线斜率大，故解答：由甲图可知,电压的误差由此可知i越大,u越大。若i=0，则u=0。由此可以判定,在电池的ui图线中,实线是真实值的图象,那么用电路甲测得的ui图线便是虚线b，由该电路测得的电动势内电阻同理在乙图中 路端电压     电流误差i=u/rv      当u=0时，i=0 即        u-i的图象是a。由虚线a可知由于虚线a比实线斜率小，故。（2）.测定电池电动势还有另外两种方法:用电阻箱及

10、一只电表(电压表或电流表),试画出测量的电路图,需要测定的实验数据?写出计算电动势及内阻的表达式。解：电路图如丙与丁所示，图丙中，电阻为r1时电压为u1；电阻为r2时电压为u2； 由   解得：   解：图丁中电阻为r1时电流为i1；电阻为r2时电流为i2；由   解得     【同步练习】1下面给出多种用伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是：（c）a测出两组i、u的数据，代入方程组=u1+i1r和=u2+i2r，求出、r。b多测几组i、u的数据，求出几组、

11、r，最后分别求出其平均值。c测出多组i、u的数据，画出u-i图象，再根据图象求出、r。d多出多组i、u的数据，分别求出i和u的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r。2在测定电池的电动势和内电阻的实验中，有待测电池、开关和导线，配合下列哪组仪器，可以达到实验目的。(abc)a一只电流表和一个电阻箱。b一只电流表、一只电压表和一个滑动变阻器。c一只电压表和一个电阻箱。d一只电流表和一个滑动变阻器。3. 在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中,所用电流表和电压表的内阻分别为0.1欧姆和1千欧姆.下面分别为实验原理图及所需的器件图.(1)试在下图中

12、画出连线,将器件按原理图连接成实电路.(2)一位同学记录的6组数据见表.试根据这些数据在下图中画出u-i图线.根据图线读出电池的电动势= 伏,根据图线求出电池内阻r= 欧.参考答案：接线出现任何错误都不给这3分.=1.46伏,r=0.72欧. (高考评分标准：全题5分.正确画得u-i图线给2分.u-i图上由各组数据标出的六个点的位置要准确,连直线时第四组数据(0.32安,1.18伏)标出的点应该舍去不顾.的答数在1.46±0.02伏范围内的都给1分.r的答数在0.72±0.05欧范围内的都给2分.)4要求测量由2节干电池串联而成的电池组的电动势和内阻r（约几欧），提供下列器材：电压表v（量程3v，内阻1k）、电压表v2（量程15v，内阻2k）、电阻箱（09999）、电键、导线若干。某同学用量程为15 v的电压表连接成如图所示的电路，实验步骤如下：（l）合上电键s，将电阻箱r阻值调到r110，读得电压表的读数为u1（2）将电阻箱r阻值调到r220，读得电压表的读数为u2，由方程组u1u1r/r1、u2u2/r2 解出、r为了减少实验误差，上述实验在选择器材和实验步骤中，应做哪些改进？ 参考答案：应选用量程为3v的电压表改变电阻箱阻值r，读取若干个u的值，由iu/r计算出电流的值，然后作出ui图线，得到、r。5. 测量电源