实验 测定电源的电动势和内阻

实验测定电源的电动势和内阻第一页，共五十六页，编辑于2023年，星期二实验分析与导引一、设计实验【实验目的】1．掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法；进一步理解闭合电路欧姆定律．2．掌握用图象法求电动势和内阻的方法．第二页，共五十六页，编辑于2023年，星期二【实验原理】1．实验依据：闭合电路欧姆定律．2．实验电路图7－5－1第三页，共五十六页，编辑于2023年，星期二第四页，共五十六页，编辑于2023年，星期二图7－5－2第五页，共五十六页，编辑于2023年，星期二【实验器材】电池，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，导线若干，坐标纸．第六页，共五十六页，编辑于2023年，星期二【实验步骤】1．按如图7－5－3所示电路图连接成电路，电流表取0.6A量程，电压表取3V量程，将滑动变阻器阻值调到有效电阻最大(图中左端)．第七页，共五十六页，编辑于2023年，星期二图7－5－3第八页，共五十六页，编辑于2023年，星期二2．检查电路无误后，闭合开关，移动滑动变阻器触头的位置，使电流表有明显示数，记下一组(I，U)值．3．改变滑动变阻器滑片的位置5次，用同样的方法，再测出5组(I，U)数值．然后断开开关，整理好仪器．第九页，共五十六页，编辑于2023年，星期二4．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，使所描坐标点绝大部分分布在坐标纸上，必要时纵坐标可以不从零开始取值．5．根据描出的坐标点作出U－I图象，并延长与两坐标轴相交．第十页，共五十六页，编辑于2023年，星期二第十一页，共五十六页，编辑于2023年，星期二图7－5－4第十二页，共五十六页，编辑于2023年，星期二二、注意事项1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选的大些(选用已使用过一段时间的旧干电池)．2．在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得E和r明显变化．第十三页，共五十六页，编辑于2023年，星期二3．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，类似于逐差法，要将测出的I、U数据中，第1和第4组为一组，第2和第5组为一组，第3和第6组为一组，分别解出E、r值再求平均．第十四页，共五十六页，编辑于2023年，星期二4．在画U－I图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线的两侧，而不要顾及个别离开直线较远的点，以减小偶然误差．5．干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图7－5－5甲所示的状况，使下部大面积空间得不第十五页，共五十六页，编辑于2023年，星期二到利用，为此，可使纵坐标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)，如图乙所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小．此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势，要在直线上任取两个相距较远的第十六页，共五十六页，编辑于2023年，星期二点，用r图7－5－5第十七页，共五十六页，编辑于2023年，星期二三、误差分析1．由读数误差和电表线性不良引起误差．2．用图象法求E和r时，由于作图不准确造成的误差．3．本实验采用的测量电路是存在系统误差的，这是由于电压表的分流IV引起的，使电流表的示数I测小于电池的输出电流第十八页，共五十六页，编辑于2023年，星期二I真．因为I真＝I测＋IV，而IV＝U/RV，U越大，IV越大，U趋近于零时，IV也趋近于零．所以此种情况下图线与横轴图7－5－6第十九页，共五十六页，编辑于2023年，星期二的交点为真实的短路电流，而图线与纵轴的交点为电动势的测量值，比真实值偏小．修正后的图线如图7－5－6所示，显然，E、r的测量值都比真实值偏小，r测<r真、E测<E真．分析系统误差时，也可采用等效电源第二十页，共五十六页，编辑于2023年，星期二法，即把电压表和电源看做等效电源，则r测等于r真与RV的并联电阻，E测为连接电压表时，电源两端的电压，故r测＜r真，E测＜E真．4．若采用如图7－5－7所示电路，电流是准确的，当I很小时，电压表的分流很小，但随电压的增大，电流I增大，第二十一页，共五十六页，编辑于2023年，星期二电流表的分压作用也逐渐增大．此种情况如图7－5－8所示，所以E测＝E真、r测>r真．也可把电流表和电源作为等效电源，则r测＝r真＋rA，E测为电流表示数为零(即电路断路)时的路端电压，故E测＝E真．第二十二页，共五十六页，编辑于2023年，星期二图7－5－7图7－5－8

第二十三页，共五十六页，编辑于2023年，星期二一、实验步骤和原理的考查

(2010·高考广东理综卷)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＝5Ω)一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图7－5－9甲．典例透析与示范例1第二十四页，共五十六页，编辑于2023年，星期二图7－5－9第二十五页，共五十六页，编辑于2023年，星期二(1)在图乙的实物图中，已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，示数如图丙所示，读得电阻值是____________；第二十六页，共五十六页，编辑于2023年，星期二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S2____________，电压表的示数是1.16V；断开开关S1.第二十七页，共五十六页，编辑于2023年，星期二(3)使用测得的数据，计算出干电池的内阻是__________(计算结果保留二位有效数字)．(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”)．第二十八页，共五十六页，编辑于2023年，星期二第二十九页，共五十六页，编辑于2023年，星期二图7－5－10第三十页，共五十六页，编辑于2023年，星期二第三十一页，共五十六页，编辑于2023年，星期二第三十二页，共五十六页，编辑于2023年，星期二【答案】

(1)如图7－5－10所示(2)A.20Ω

C．闭合(3)0.69Ω

(4)小【规律总结】该实验的原理是闭合电路欧姆定律的使用，实验步骤的设置是根据原理而定，因此完成此题时要仔细分析原理图及电阻箱在本题中的用途．第三十三页，共五十六页，编辑于2023年，星期二二、实验数据的分析及处理例2

(2012·南通调研)在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：A．干电池(电动势约为1.5V，内阻小于1.5Ω)B．电流表G(满偏电流2mA，内阻10Ω)第三十四页，共五十六页，编辑于2023年，星期二C．电流表A(0～0.6A，内阻约0.1Ω)D．滑动变阻器R1(0～20Ω，10A)E．滑动变阻器R2(0～100Ω，1A)F．定值电阻R3＝990ΩG．开关、导线若干第三十五页，共五十六页，编辑于2023年，星期二(1)为方便且能较准确地进行测量，应选用滑动变阻器________(填写序号)；(2)请在下面的虚线框内画出利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验电路原理图；第三十六页，共五十六页，编辑于2023年，星期二(3)某同学根据他设计的实验测出了六组I1(电流表G的示数)和I2(电流表A的示数)．请在图7－5－11所给的坐标纸上作出I1和I2的关系图线：第三十七页，共五十六页，编辑于2023年，星期二序号123456I1/mA1.401.361.351.281.201.07I2/A0.100.150.230.250.350.50第三十八页，共五十六页，编辑于2023年，星期二图7－5－11(4)根据图线可得，被测电池的电动势为________V，内阻为________Ω.第三十九页，共五十六页，编辑于2023年，星期二【解析】

(1)为便于调节，滑动变阻器不能太大，选D较合适．(2)由于没有电压表，将G与R3串联作电压表使用，电路图如图7－5－12甲所示．第四十页，共五十六页，编辑于2023年，星期二图7－5－12第四十一页，共五十六页，编辑于2023年，星期二(3)描点作出I1－I2关系图线如图7－5－12乙所示．(4)电流表G的示数与定值电阻R3与电流表G的内阻之和的乘积表示路端电压，所以I1－I2图线的纵截距与R3与电流表G的内阻之和的乘积即为电池的电动势．电源的电动势为1.48×10－3×(10＋990)V＝1.48V(也可：1.47V～1.49V)．第四十二页，共五十六页，编辑于2023年，星期二第四十三页，共五十六页，编辑于2023年，星期二【答案】

(1)D

(2)如图7－5－12甲所示(3)如图7－5－12乙所示(4)1.48(1.47～1.49)

0.80(0.70～0.90)第四十四页，共五十六页，编辑于2023年，星期二【规律总结】本题中没有电压表，因此考查了学生灵活应用电表改装的原理完成实验的能力，同时对实验数据的处理借助I1－I2图象的斜率意义完成，在实验中根据实验原理和目的，灵活运用图象法完成实验数据的处理是非常关键的．第四十五页，共五十六页，编辑于2023年，星期二三、创新实验例3

(2010·高考江苏卷)在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图7－5－13所示的实物电路．第四十六页，共五十六页，编辑于2023年，星期二图7－5－13第四十七页，共五十六页，编辑于2023年，星期二(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到________．(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R0＝10Ω的定值电阻两端的电压U.下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是________．(选填“1”或“2”)第四十八页，共五十六页，编辑于2023年，星期二方案编号电阻箱的阻值R/Ω1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0第四十九页，共五十六页，编辑于2023年，星期二第五十页，共五十六页，编辑于2023年，星期二第五十一页，共五