2019年高考物理一轮复习第八章恒定电流实验十测定电源的电动势和内阻学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 实验十 测定电源的电动势和内阻 板块一 主干梳理 夯实基础 实验原理与操作 实验目的 1.测定电源的电动势和内阻。 2.掌握用图象法求电动势和内阻。 实验原理 1实验依据闭合电路欧姆定律。 2.实验电路：如图所示。 3.E 和 r 的求解：由 U E Ir 得：? U1 E I1rU2 E I2r ， 解得：? E I1U2 I2U1I1 I2r U2 U1I1 I24作图法数据处理，如图所示 (1)图线与纵轴交点为电动势 E。 (2)图线与横轴交点为短路电流 I 短 Er。 (3)图线的斜率的绝对值表示内阻 r ? ? U I 。 实验器材 电池 (被测电源 )、

2、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔。 【 精品教育资源文库 】 实验步骤 1.电流表用 0.6 A 量程，电压表用 3 V 量程，按实验原理图所示连接好电路。 2.把滑动变阻器的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一 端。 3.闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据 (I1， U1)。用同样方法测量几组 I、 U 值，填入表格中。 4.断开开关，拆除电路，整理好器材。 数据处理与分析 数据处理 1.公式法 取上表六组对应的 U、 I 数据，数据满足关系式 U1 E I1r、 U2 E I2r、 U3 E I3r? 让 第 1 式和 第 4 式联立方程， 第

3、2 式和 第 5 式联立方程， 第 3 式和 第 6 式联立方程，这样解得三组 E、 r，分别取平均值作为电池的电动势 E 和内阻 r 的大小。 2.描点法 以路端电压 U 为纵轴、干路电流 I 为横轴建立 UI 坐标系，在坐标平面内描出各组 (U， I)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势的大小 (一次函数的纵轴截距 )，直线的斜率的绝对值即为电池的内阻 r，即 r ? ?U I 。 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干电池 )。 2.在实验中不要

4、将 I 调得过大，每次读完 U 和 I 的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。 3.测出不少于 6 组 I 和 U 的数据，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 UI 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 值再求平均值。 4.在画 UI 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两侧，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甲所示

5、的状况，使下部大面积空间得不到利用。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点，用 r ? ? U I ，计算出电池的内阻 r。 【 精品教育资源文库 】 误差分析 1.偶然误差 (1)由读数不准引起误差。 (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。 2.系统 误差 由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。

6、 (1)如图甲所示，在理论上 E U (IV IA)r，其中电压表示数 U 是路端电压。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。 即： U 真 U 测 I 真 I 测 IV I 测 U测RV结论： 当 U 测 0 时， I 真 I 测 ，用 U 真 、 I 真 画出乙图中右侧的修正图，由图可以看出： E 真 E 测 ， r 真 r 测 。 从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r 测 和 E 测 )，因为电压表 和电池并联，所以 r 测 小于电池内阻 r 真 ，因为外电阻 R 断开时， a、 b

7、 两点间电压 Uab等于电动势 E 测 ，此时电源与电压表构成回路，所以 Uabr 真 。 从电路的角度看， r 测 r 真 RA。由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时 r 测 的测量误差非常大。 其他实验方案设计 以上 测量方法一般称为伏安法，测电源的电动势和内阻还有以下几种方法： 1.安阻法 用一个电流表和电阻箱测量，电路如图甲所示，测量原理为： E I1(R1 r)， E I2(R2 r)，由此可求出 E 和 r，或用图象法处理数据。此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。 2.伏阻法 用一个电压表和电阻箱测量，电路如图乙所示，测量原理为： E U1 U1R1r， E U2 U2R2

8、r，由此可求出 r 和 E，或用图象法处理数据。此种方法测得的电动势和内阻均偏小。 3.粗测法 用一只电压表粗测 电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源电动势，此时 U ERVRV r E，需满足 RV?r。 4.双伏法 用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示。测量方法为：断开 S，测得 V1、 V2的示数分别为 U1、 U2，此时， E U1 U2 U1RVr， RV为 V1的内阻；再闭合 S， V1的示数为 U1 ，此时 E U1 U1RVr，解方程组可求得 E。 【 精品教育资源文库 】 板块二 考点细研 悟法培优 考点 1 器材选择与实物连接 例 1 2014

9、大纲卷 现要测量某电源的电动势和内阻。可利用的器材有：电流表 ，内阻为 1.00 ；电压表 ；阻值未知的定值电阻 R1、 R2、 R3、 R4、 R5；开关 S；一端连有鳄鱼夹 P 的导线 1，其他导线若干。某同学设计的测量电路如图 (a)所示。 (1)按图 (a)在实物图 (b)中画出连线，并标出导线 1 和其 P 端。 (2)测量时，改变鳄鱼夹 P 所夹的位置，使 R1、 R2、 R3、 R4、 R5依次串入电路，记录对应的电压表的示数 U 和电流表的示数 I。数据如下表所示。根据表中数据，在图 (c)中的坐标纸上将所缺数据点补 充完整，并画出 UI图线。 【 精品教育资源文库 】 (3

10、)根据 UI 图线求出电源的电动势 E _V，内阻 r _ 。 (结果保留两位小数 ) 尝试解答 (1)连线如图所示 (2)UI 图线如图所示 【 精品教育资源文库 】 (3)2.90(在 2.89 2.91 之间均可 ) 1.03(在 0.93 1.13 之间均可 )。 (1)见尝试解答图，可先从原理图中选取一个回路如电源、电流表、电压表、开关进行连接， R1并联于电压表两端，最后再将 R2至 R5依次与 R1串联后再与电压表并联。 (2)作图过程略，图见尝试解答。 (3)由 U E I(RA r)可知图中 UI 图线的纵截距表示 E、斜率的绝对值 k RA r，故由图可得 E 2.90

11、V， r k RA 2.03 1.00 1.03 。 跟踪训练 2017 湖南邵阳统考 某兴趣小组利用图甲所示电路测定一电池的内阻 r 和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约为 6 V，电池内阻和待测电阻的阻值都约为 10 ，且不超过 10 。可供选用的实验器材有： A.电流表 A1(量程 0 600 mA，内阻不计 )； B.电流表 A2(量程 0 3 A，内阻不计 )； C.电压表 V1(量程 0 6 V，内阻很大 )； D.电压表 V2(量程 0 15 V，内阻很大 )； E.滑动变阻器 R(阻值 0 100 ) ； 开关 S 一个，导线若干。 该实验过程如下： (1)在连接电路前，

12、先选择合适的器材，电流表应选用 _，电压表应选用 _。 (填所选器材前的字母 ) (2) 按图甲正确连接好电路后，将滑动变阻器的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小其接入电路的阻值，测出多组 U 和 I 的值，并记录相应的数据。以 U 为纵轴， I 为横轴，得到如图乙所示的图象。 【 精品教育资源文库 】 (3)断开开关 S，将 Rx改接在 B、 C 之 间， A 与 B 用导线直接相连，其他部分保持不变。重复步骤 (2)，得到另一条 UI 图线，其斜率的绝对值为 k。 (4)根据上面实验数据结合图乙可得，电池的内阻 r _ ；用 k 和 r 表示待测电阻的关系式为 Rx_。 答案 (1)A C

13、 (4)10 k r 解析 (1)电池电压为 6 V，为了减小测量误差，应选择电压表 C；电路中最大电流为 I ERx r 0.3 A，故应选电流表 A。 (4)根据题图甲可得关系 U E Ir，所以 UI 图象的斜率表示电池的内阻，则内阻为 r 6.0 3.00.3 10 ；将 Rx改接在 B、 C 之间，根据题意，则有关系式 U E I( Rx r)，则等效内阻为 Rx r k，故 Rx k r。 考点 2 实验原理与数据处理 例 2 2017 贵州八校联考 小明在做测量电源电动势和内阻的实验，已知干电池的电动势约为 1.5 V，内阻约为 0.3 ；电压表 V(0 3 V，内阻约为 3 k

14、) ；电流表 A(0 0.6 A，内阻为 0.80 ) ；滑动变阻器 R(最大阻值 10 ) 。 (1)为了更准确地测出电源电动势和内阻。请在给出的虚线框中画出实验电路图。在 实验中测得多组电压和电流值，得到如图所示的 UI 图线，由图可得出该电源电动势 E _V，内阻 r _ 。 (结果保留两位小数 ) (2)实验时由于 _表的分流作用，导致电动势 E 和内阻 r 的测量值都小于其真实值。 尝试解答 (1)如图所示 _1.50_0.20_(2)电压 。 【 精品教育资源文库 】 (1)因电流表的内阻是已知的，故可采用电流表外接电路。由题图可知 E 1.50 V， r U I rA 1.50 1.000.50 0.80 0.20 。 (2)电压表的分流作用，导致电动势 E 和内阻 r 的测量值都小于真实值。 跟踪训练 2017 温州模拟 在测定一组干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材： A.电流传感器 1 B.电流传感器 2 C.定值电阻 R0(3 k) D.滑动变阻器 R(0 20 ) E.开关和导