第7课时实验：测定电源的电动势和内阻

1、第7课时实验：测定电源的 电动势和内阻一、实验原理如下图所示，用电压表、电流表、滑动变阻器等测电源的电动势和内阻改变R的阻值，从电压表和电流表中读出两组I、U值，代入方程组EU1I1rEU2I2r为了减小偶然误差，应多测几组I、U值，求出几组E、r值，最后分别算出它们的_平均值也可以用作图法来处理数据由闭合电路的欧姆定律得：UEIr，与ykxb对比可知，在UI坐标系中，UI图线是一条直线纵截距bE，斜率kr，所以r|k|.即在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组I、U值、画出UI图象(如上图)所得直线跟纵轴的交点即为电动势值，图线斜率的绝对值即为内阻r的值另外，当U0时(即外电路短路

2、时)，横截距即短路电流I短E/r，因此也可由rE/I短，求内阻二、实验器材待测干电池一节，电压表(03 V)，电流表(00.6 A)，滑动变阻器(10 )，开关一只，导线若干三、实验步骤1电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按图所示的电路图连接好电路2把变阻器的滑片移到一端使其阻值_3闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据(I1、U1)，用同样方法测量几组I、U的值4断开开关，整理好器材最大2应注意当电池内阻较小时，U的变化较小，图象中描出的点呈现如图甲所示状态，下面大面积空间得不到利用，所描得的点及作出的图线误差较大为此，可使纵轴不从零开始，如图乙所示，把纵坐标比例放

3、大，可使结果误差小些这时，图线与纵轴的交点仍代表电源的电动势，但图线与横轴的交点不再代表短路状态，计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点，由它们的坐标值计算出斜率的_，即为内阻r.绝对值一、注意事项1为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的干电池)2干电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A因此，实验中不要将R调得过小，读电表示数要快，每次读完应立即断电3要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组、第2和第5为一组，

4、第3和第6为一组，分别解出E、r值再取平均值4在画UI图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高测量精度5干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多，这时，在画UI图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)但这时图线和横轴的交点不再是短路电流Im，不过图线与纵轴截距仍为电动势，直线斜率的绝对值仍是电源的内阻如下图所示 6.由于电流表内阻与干电池内阻接近，所以电流表应采用下图甲所示电路图的接法二、误差分析1测量电路存在系统误差，电压表

5、、电流表内阻影响不能忽略甲(1)如图甲电路：在理论上EU(IVIA)r，其中电压表示数U是准确的电源两端电压而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差(如图乙中虚线段)，而且电压表示数越大，IV越大乙(2)如图丙电路：UI图线如图丁所示，IA为电源电流真实值，理论上有EUUA十IAr，其中的UA不可知， 丙而造成误差(如虚线段为UA)，而且电流表示数越大，UA越大，当电流为零时，UA0，电压为准确值，等于E.丁2测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化3仪表读数时，会存在偶然误差4作图的描点连线过程，会有偶然误差三、实验改进本实验的目的是测电源的E、r，原理是闭合电路的欧姆定律，

6、方法是通过电路调节使U、I变化根据具体的电路结构关系去求解E、r，因此只要满足以上要求的电路即可，以下简介两例：1电阻箱、电流表测定：(1)电路如右图(2)原理：据EI(Rr)，调节R，可得多组I、R.可列方程组求解再取平均值一、用电流表、电压表测电源的电动势和内阻实验室中有下列器材：量程0.5 A的电流表、量程3 V的电压表V(内阻较大)、滑动变阻器R、固定电阻R14 、电键S、导线若干欲测量某一电源的电动势E及内阻r(E约为4.5 V，r约为1.5 )(1)请设计一个测量方案(画出实验电路原理图即可)(2)用图象法处理由你设计的实验得到的数据时，要使图线是直线如何建立坐标轴？如何进一步由图

7、象求得待测电源的电动势E和内阻r.(3)按你设计的实验电路原理图，从下图实物图中挑选实物并进行连线【解析】实验中电流的最大值为0.5 A，此时电源内电压约1.50.5 V0.75 V，外电压4.5 V0.75 V3.75 V高于3 V，故无法直接用电压表测量路端电压，应将定值电阻R1用作保护电阻，进行串联分压，使得电压表只测量外电路的部分电压【答案】(1)实验电路原理图如图(2)由EUI(rR1)得UEI(rR1)，故以U为纵轴，I为横轴，得到的图线是直线可先由纵截距bE，求出电动势E，再由斜率k的绝对值等于(rR1)求出内阻r.(3)实物图连线如下图二、其它方法测电源的电动势和内阻某实验小组

8、要测量一节干电池的电动势和内阻，实验室提供的实验器材如下：A待测的干电池(电动势约为1.5 V，内电阻约为2 )B电压表V1(02 V，内阻RV14 000 )C电压表V2(02 V，内阻RV2约为3 500 )D电流表A(03 A，内阻0.1 )E电阻箱R1(09 999 )F滑动变阻器R2(0200 ，1 A)G开关和导线若干该小组根据以上实验器材设计了如右图所示的电路来测量电源的电动势和内阻(1)请你根据实验电路补充完整主要的实验步骤：a闭合开关_，记下V1的读数U1，b闭合开关_，断开开关_，记下_(2)请你根据以上步骤记录的物理量和已知的物理量写出该干电池的电动势和内阻的表达式：E_

9、.r_.(3)在现有器材的条件下，请你选择合适的实验器材，并设计出另一种测量干电池电动势和内阻的方案，在下边方框中画出实验电路图(4)如果要求用图象法处理你设计的实验的数据，并能根据图象较直观地求出电动势和内阻，则较适合的函数表达式是_请你在下边虚框中画出此表达式对应的大致图象(2009年高考重庆理综)硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件某同学用图甲所示电路探究硅光电池的路端电压U与总电流I的关系图中R0为已知定值电阻，电压表视为理想电压表命题研究 丙(1)请根据图甲，用笔画线代替导线将图丙中的实验器材连接成实验电路(2)若电压表V2的读数为U0，则I_.(3)实验一：用一定强度的光照射硅光

10、电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的UI曲线a，见图丙由此可知电池内阻_(填“是”或“不是”)常数，短路电流为_mA，电动势为_V.(4)实验二：减小实验一中光的强度，重复实验，测得UI曲线b，见图丙当滑动变阻器的电阻为某值时，若实验一中的路端电压为1.5 V，则实验二中外电路消耗电功率为_mW(计算结果保留两位有效数字)【解析】(1)见答案(2)电压表V2测量的是R0两端的电压(3)由EUIr有UEIr，即在UI图线中纵轴截距表示E，图线斜率表示r，横轴上截距表示短路电流【答案】(1)见下图已知电源的外伏安特性曲线，求接在该电源两端的定值电阻的功率，此类问题经常在高考和模拟考试中出现，解决此类问题的关键是找到定值电阻的工作电压和电流，寻找的方法是在电源的外伏安特性曲线图上作定值电阻的伏安特性曲线，两图线的交点即此电路中定值电阻的工作点，功率PUI计算求得这道真题考查了考生利用图象处理实验数据的能力，对图象问题，要注意“图象与函数方程的一一对应”若已知或画出的图象是直线，可根据图象的坐标轴，应用物理规律，找出对应的函数方程，也就确定出了直线图象斜率和截距的物理意义(2009年高考北京理综)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关