实验九测定电源的电动势和内阻

实验九测定电源的电动势和内阻第一页，共四十五页，编辑于2023年，星期二【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．2．学会用图象法求电动势和内阻．【实验原理】1．如图实Ⅸ－1甲所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路欧姆定律求出几组E、r值，最后分别算出它们的平均值．抓纲扣本·落实基础第二页，共四十五页，编辑于2023年，星期二2．用图象法来处理数据，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U－I图象，如图实Ⅸ－1乙所示，直线跟纵轴交点即为电动势的值，图线的斜率的绝对值即为内阻r的值．第三页，共四十五页，编辑于2023年，星期二【实验器材】电压表、电流表、滑动变阻器、干电池、开关、导线、坐标纸、铅笔．【实验过程】1．电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按图实Ⅸ－1甲所示连接好电路．2．把滑动变阻器的滑片移动到左端，使有效电阻最大．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)．用同样的方法测量几组I、U数据，将记录的数据填入表格中．第四页，共四十五页，编辑于2023年，星期二4．断开开关，整理好器材．5．处理数据，用公式法和图象法两种方法求出电动势和内电阻的值．【误差分析】1．偶然误差(1)由读数不准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)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化．第五页，共四十五页，编辑于2023年，星期二2．系统误差由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差．(1)如图实Ⅸ－1甲所示，在理论上E＝U＋(IV＋IA)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，而且电压表示数越大，IV越大．当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，短路电流测量值＝真实值．如图实Ⅸ－2所示，可知E测＜E真，r测＜r真．第六页，共四十五页，编辑于2023年，星期二(2)若采用如图实Ⅸ－3甲所示的电路，IA为电源电流真实值，理论上有E＝U＋UA＋IAr，其中UA不可知而造成误差，而且电流表示数越大，UA越大．当电流为零时，UA＝0，电压为准确值，等于E，如图实Ⅸ－3乙所示，可知E测＝E真，r测＞r真．第七页，共四十五页，编辑于2023年，星期二【注意事项】1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的1号干电池)．2．干电池在大电流放电时，电动势会明显下降，内电阻会明显增大，因此在实验中不要将电流I调得过大，读数要快，每次读完立即断电．3．在画U－I

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．第八页，共四十五页，编辑于2023年，星期二4．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U－I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，不过斜率的绝对值仍是电源的内电阻．第九页，共四十五页，编辑于2023年，星期二［例1］(2013·保定统考)用电流表和电压表测一节干电池的电动势和内阻(电动势约为1.5V，内阻为1Ω以下)．除给出的电池、导线和开关外，还有以下器材可供选择：A．直流电流表(0～0.6A～3A)；B．直流电流表(量程为5A)；C．直流电压表(0～3V～15V)；D．直流电压表(量程为2V)；剖题探法·突破考点考点一实验仪器的选择及数据处理第十页，共四十五页，编辑于2023年，星期二E．滑动变阻器(阻值范围为0～20Ω，额定电流为2A)；F．滑动变阻器(阻值范围为0～1000Ω，额定电流为0.1A)．(1)为了得到尽可能好的实验效果，实验中电流表应选________，电压表应选________，滑动变阻器应选________．请你画出实验电路的原理图．(填器材前的字母序号)(2)实验中测得数据如下表所示，请在图实Ⅸ－4中作出U－I图线．根据图线可知：电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.第十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期二U/V1.371.321.241.181.101.05I/A0.120.200.310.320.500.57第十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期二(3)若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，可利用公式E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r算出E和r，这样做可能得出误差较大的数值．则选用第________组和第________组数据，求出的E和r误差最大．[解析]

(1)电源的电动势为1.5V，电压表选量程为2V的D；实验中通过电池的电流不能太大，电流表选0～0.6A即可，故选A；滑动变阻器选20Ω的即可起到调节的作用．电流表的内阻未知，且电源的内阻较小，故电路设计如图所示．第十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期二(2)描点作图如图所示，图线是一条斜直线．其中第4组读数对应点的偶然误差过大，作直线时应剔除．同时为使直线布列合理，使纵坐标从1.00V开始记刻度．由图象得：E＝1.45V(±0.02V)，r＝0.70Ω(±0.03Ω)．第十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期二(3)利用两组数据解方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r求得E、r，就等效于在坐标系中选用(U1，I1)、(U2，I2)作U－I图象求得E、r.故知选用第3组和第4组数据解出的E、r的误差最大．[答案]

(1)A

D

E电路图见解析(2)U－I图线见解析1.45(±0.02)

0.70(±0.03)

(3)3

4第十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期二［例2］(2012·福建理综)某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势E.(1)先直接用多用电表测定该电池电动势．在操作无误的情况下，多用电表表盘示数如图实Ⅸ－5，其示数为________V.考点二实验的创新设计第十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期二第十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期二第十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期二第十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期二③从图线中可求得E＝________V.第二十页，共四十五页，编辑于2023年，星期二[解析]

(1)由多用电表的选择开关知选用的是直流10V挡，则其分度值为0.2V，根据“半格估读法”可读得结果为9.4V.(2)①根据电路图，实物连线如图所示第二十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期二②描点、连线，注意使所画出的直线尽可能多的通过所描出的点或使所描出的点均匀分布在直线的两侧．如下图所示．第二十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期二[答案]

(1)9.4

(2)①②见解析③9.5～11.1均可第二十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期二1．某同学用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为0～20Ω，连接电路的实物图如图实Ⅸ－8所示．该学生接线中错误的和不规范的做法是达标训练·技能过关第二十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期二A．滑动变阻器不起变阻作用B．电流表接线有错C．电压表量程选用不当D．电压表接线不妥答案

ABD第二十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期二2．用图实Ⅸ－9所示电路测定一节干电池的电动势和内阻．电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：第二十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期二a．电流表(量程0.6A、3A)；b．电压表(量程3V、15V)；c．定值电阻(阻值1Ω、额定功率5W)；d．定值电阻(阻值10Ω、额定功率10W)；e．滑动变阻器(阻值范围0～10Ω、额定电流2A)；f．滑动变阻器(阻值范围0～100Ω、额定电流1A)那么：(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择________V，电流表的量程应选择________A；R0应选择________Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是________Ω的滑动变阻器．第二十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期二(2)实验测得的6组数据已在U－I图中标出，如图实Ⅸ－10所示，请你根据数据点位置完成U－I图线，并由图线求出该电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.第二十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期二解析

(1)一节干电池的电动势为1.5V，故电压表选3V的量程；实验中，通过电池的电流不能太大，所以电流表选0.6A的量程．定值电阻若选10Ω，则电路中电流太小，故定值电阻选1Ω；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就行，取0～10Ω就能很好地控制电路中的电流和电压，故滑动变阻器选0～10Ω.第二十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期二答案

(1)3

0.6

1

0～10

(2)U－I图象见解析1.50

0.88(0.80～0.90均算对)第三十页，共四十五页，编辑于2023年，星期二3．(2013·沈阳质检)某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一节1.5V的干电池外，还有一个方形的电池(层叠电池)．为了测定该电池的电动势和内电阻，实验室中提供如下器材：第三十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期二第三十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期二答案

9.0

10第三十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期二4．(2012·重庆理综)某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势E和内阻r，并探究电极间距对E和r的影响．实验器材如图实Ⅸ－12所示．第三十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期二(1)测量E和r的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U和流过电源的电流I，依据公式____________，利用测量数据作出U－I图象，得出E和r.(2)将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在图中用笔画线代替导线连接电路．(3)实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的U－I图象如图实Ⅸ－13中(a)、(b)、(c)、(d)所示，由此可知：在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势________(填“增大”、“减小”或“不变”)，电源内阻________(填“增大”、“减小”或“不变”)．第三十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期二曲线(c)对应的电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.当外电路总电阻为2500Ω时，该电源的输出功率P＝________mW.(均保留三位有效数字)第三十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期二第三十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期二答案

(1)U＝E－Ir

(2)见图(3)不变增大0.975

478

0.26