“测电源电动势和内阻”实验问题分析

1、“测电源电动势和内阻”实验问题分析在高中物理学习中，“测电源电动势和内阻”实验是闭合电路欧姆定律的重要应用，是电学部分的重要实验之一，是高考考察的重要实验。一、学习“测电源电动势和内阻”时应注意的几点1. 理解闭合电路欧姆定律。闭合电路欧姆定律与初中所学的欧姆定律是有区别的，闭合电路欧姆定律需要考虑电源内阻的分压，所以整个电路的电阻是电源内阻r 与电路中的电阻R（外阻）之和，电路中的电流I=ER+r，初中学的欧姆定律也叫部分电路的欧姆定律。2. 掌握实验原理、实验电路以及实验方法。本实验的电路图最基本的就是电源与一个已知电阻串联，用电流表和电压表测电路的电流和路端电压，结合部分电路欧姆定律和全

2、电路欧姆定律列方程组，求解电源的电动势和内阻。3. 学会用图像法处理实验数据。图像法求电源的电动势和内阻也是经常考察的内容，与基本方法相比，外电路的电阻已经不是定值电阻，而是滑动变阻器，通过移动滑动变阻器的滑片改变电路的电阻，从而得出多组电压和电流的数据，并根据实验数据在坐标图中描绘伏安曲线，从而依据坐标图确定电源的电动势和内阻。二、结合例题分析相关实验问题1. 用电压表和电流表进行测量的实验【例 1】 用电流表和电压表测定电池的电动势 E 和内阻 r ，所用电路图未画出，一位同学测得的 6 组数据如下表所示。（ 1）试根据这些数据在坐标图中作出U-I 图线。（ 2）根据图线得出电池的电动势E

3、= V，电源的内阻r=。（ 3）根据图线判断，第组实验数据不合理。图 1解析：（ 1）描点作图法在物理实验中经常用到，由于实验数据是通过测量得来的，会存在误差，因此所描的点并不能严格地落在同一直线上。作图的原则是：使直线尽可能过更多的点；不在同一直线上的点应均匀分布在直线的两侧；舍去偏离直线较远的点。根据题给数据，在坐标图中可作 U-I 图线，如图 1 所示。（ 2）求电源的电动势 E 和内阻 r 。求电源的电动势 E。方法一：求电源电动势和内阻可根据所描绘的图线，在图线上取两点（为了减少误差，两点的间隔尽量大些），把两组数据分别代入公式E=U+Ir ，得出电源的电动势E 和内阻r 。方法二：

4、分析图线发现，U 轴与图线的交点坐标是（0，1.45V ），由全电路欧姆定律有E=U+Ir ，说明电流为0 时，即外电路断路，电压表测得的电压为电源的电动势，即电源的电动势为U 轴的截距，为1.45V 。求电源的内阻r 。在图线上取两点，比如（0， 1.45 ）和（ 0.50 ， 1.10 ），可得：r=UI=0.70 拓展：由 E=U+Ir 知，当路端电压为零时，也就是在电路被短路的情况下，此时相当于只有内电阻连入电路，电流最大，电源内阻可以用 r=E/I 短计算，若所描绘的坐标原点的电压值是 0V，那么就意味着电流坐标轴的截距为短路电流，并且电源的电动势又已经求出，用公式 r=E/I 短就

5、可以求出电源的内阻。依据这种思路解题时一定要注意看坐标的原点是否是（ 0， 0），像这道题的坐标原点的电压并不为 0，所以 I 轴的截距就不是该电路的短路电流，因此，只能通过求该直线的斜率来得出该电池的内阻。（ 3）由作图可知，第 4 组数据偏离直线较远，该点是可以舍去的。【答案】（ 1）如图 1 所示；（ 2）1.45 ， 0.70 ；（ 3）42. 用电压表和电阻箱进行测量的实验【例 2】 （ 2010?广东理综）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，实验原理图如图2（ a）。（ 1）在图 2（ b）的实物图中， 已

6、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2（ c）所示，读得电阻值。B. 将开关 S1 闭合，开关 S2 断开，电压表的示数是1.49V 。C. 将开关 S 闭合， S2 ，电压表的示数是1.16V 。（ 3）使用测得的数据，计算出干电池的内阻是 （计算结果保留两位有效数字） 。（ 4）由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏 （填“大”或“小”） 。解析：（1）根据电路图连接实物图， 在高考中时常出现。对这类题，若把握得好，容易得分，但稍有不慎，也容易出错。连接实物图时，可从电源正极出发，沿

7、电流方向找到分叉点，遇到电压表先不理，但必须要清楚有几条支路，每条支路中有几个元件，分别是什么。看一看干路中分别有哪些元件，在都明确的基础上开始连电路图，完成电路后要记得将电压表并联到被测电路的两端，分清电压表和电流表的正负极，画图时注意导线不能交叉，并且要画到位。本题实物连接图如图3 所示。（ 2）此题考察的是电阻箱的读数。由于电阻箱读出来的电阻是粗略值，所以不需要估读。由图2（ C）读得电阻箱阻值为 R=20。将S1 闭合 S2 断开时，电源与外电路断开，电压表示数即为电源电动势E=1.49V，将 S2 再闭合， 电压表示数为 R 两端电压。（ 3）将电压表视为理想电表，则干路电流I=UVR=1.1620A=0.058A 。因为 I=ER0+R+r，所以 r=EI-R0-R= （ 1.49-0.058-5-20）=0.69 。图 3（4）若考虑电压表的内阻，