2019版高考物理总复习 第八章 恒定电流 实验十 测定电源的电动势

实验十测定电源的电动势和内阻

注意事项

1.可选用旧电池：为了使电路的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池。

2.电流不要过大，读数要快：干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大。因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。

3.计算法求E、r：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、第3和第6为一组，分别解出E、r值再求平均值。

4.合理选择标度：为使图线分布空间大，如图2所示，纵坐标可以不从零开始，则图线和横

轴的交点不再是短路电流，电源的内阻不能用r＝E

I短确定，应根据r＝??

?

??

?

ΔU

ΔI确定。

图2

误差分析

1.用图象法求E和r时作图不准确。

2.由于电流表或电压表的分压或分流存在系统误差。

?本实验中测量结果是：E测<E真，r测<r真。

热点一教材原型实验

【例1】(2016·四川理综，8Ⅱ)用如图3所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材：待测电源(电动势约3 V，内阻约2 Ω)，保护电阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。

实验主要步骤：

(ⅰ)将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；

(ⅱ)逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；(ⅲ)以U为纵坐标，I为横坐标，作U－I图线(U、I都用国际单位)；

(ⅳ)求出U－I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。

图3

回答下列问题：

(1)电压表最好选用________；电流表最好选用________。

A.电压表(0～3 V，内阻约15 kΩ)

B.电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ)

2

3 C.电流表(0～200 mA ，内阻约2 Ω)

D.电流表(0～30 mA ，内阻约2 Ω)

(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大。两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________。

A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱

B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱

C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱

D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱

(3)选用k 、a 、R 1和R 2表示待测电源的电动势E 和内阻r 的表达式E ＝________，r ＝________，代入数值可得E 和r 的测量值。

解析 (1)电压表内阻越大，分流越小，误差也就越小，所以选内阻较大的电压表A ；当滑动变阻器接入电阻最小时通过电流表电流最大，此时通过电流表电流大小约为I ＝E R 1＋R 2＋r ≈176 mA，所以选量程为200 mA 的电流表C 。

(2)由电路分析可知，若滑动变阻器的滑片向右滑动时电压表示数变大，则滑动变阻器接入电路部分阻值增大，选项C 符合题意。

(3)由E ＝U ＋I (r ＋R 2)，得U ＝－I (r ＋R 2)＋E ，对比伏安特性曲线可知，图象斜率的绝对值k ＝r ＋R 2，所以电源内阻r ＝k －R 2；令U ＝0，得I ＝

E r ＋R 2＝E k ，由题意知与横轴截距为a ，所以a ＝I ＝E k

，则E ＝ka 。

答案 (1)A C (2)C (3)ka k －R 2

【变式训练1】 某兴趣小组利用图4所示电路测定一组干电池的内阻r 和一待测电阻的阻值R x 。已知电池组的电动势约为6 V ，电池组内阻和待测电阻的阻值都约为10 Ω，且不超过10 Ω，可供选用的实验器材有：

图4

A.电流表(量程0～300 mA ，内阻不计)；

B.电流表(量程0～3 A ，内阻不计)；

4 C.电压表(量程0～6 V ，内阻很大)；

D.电压表(量程0～15 V ，内阻很大)；

E.滑动变阻器R (阻值0～100 Ω)；

开关S 一个，导线若干。

该实验过程如下：

(1)在连接电路前，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4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，得到图5所示的图线。

图5

(3)断开开关S ，将R x 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U －I 图线，其斜率的绝对值为k 。

(4)根据上面实验数据结合图5可得，电池组的内阻r ＝________Ω；用k 和r 表示待测电阻的关系式为R x ＝________。

解析 (1)由图5可知，电流最大为300 mA ，为了保证实验的安全和准确，电流表应选择A ；电源的电动势约为6 V ，故电压表应选择6 V 量程的C 。

(4)由U ＝E －Ir 可知，R x 接在A 、B 之间时图象的斜率绝对值表示电源的内阻，则可知内阻为r ＝????

??ΔU ΔI ＝6－30.3 Ω＝10 Ω；将R x 改接在B 、C 之间时等效内阻为R x ＋r ＝k ，解得R x ＝k －r 。

答案 (1)A C (4)10 k －r

热点二 实验拓展创新

方法1 安—阻法

实验原理

5

图6

用一个电流表和电阻箱测量，电路如图6所示，测量原理为：E ＝I 1(R 1＋r )，E ＝I 2(R 2＋r )，由此可求出E 和r ，此种方法使测得的电动势无偏差，内阻偏大。若已知电流表A 的阻值可消除测内阻的系统误差。

方法2 伏—阻法

(1)实验原理

图7

用一个电压表和电阻箱测量，电路如图7所示，测量原理为：E ＝U 1＋U 1R 1r ，E ＝U 2＋U 2R 2

r ，由此可求出r 和E ，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。

(2)图象法处理数据，如图8所示。

图8

1U ＝r E ·1R ＋1E

【例2】 (2017·湖北省襄阳市高三调研)如图9所示为某兴趣小组测量电池组的电动势和内阻的实验原理图，已知电池组的电动势约3 V ，内阻约2 Ω。现提供的器材如下：

图9

A.电池组

6 B.电压表V 1(量程0～10 V ，内阻约10 000 Ω)

C.电压表V 2(量程0～3 V ，内阻约10 000 Ω)

D.电阻箱R (0～99.9 Ω)

E.定值电阻R 1＝20 Ω

F.定值电阻R 2＝1 000 Ω

H.开关和导线若干

(1)如果要准确测量电源的电动势和内阻，电压表V 应选择________(选填“B”或“C”)；定值电阻R 0应选择________(选填“E”或“F”)。

图10

(2)改变电阻箱的阻值R ，记录对应电压表的读数U ，作出的1U －1R

图象如图10所示，图线与横、纵坐标轴的截距分别为－b 、a ，定值电阻的阻值用R 0表示，则可得该电池组的电动势为________，内阻为________。

(3)该实验测得的电动势与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)，内阻的测量值与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

解析 (1)电压表V 1的量程太大，使得电压表指针的偏角太小，测量误差太大，R 2＝1 000 Ω的定值电阻太大，使得电压表指针的偏角太小，且在改变电阻箱阻值时，电压表的示数变化不明显，故电压表选择C ，定值电阻选择E 。

(2)由闭合电路欧姆定律得U ＝E －U R (r ＋R 0)，化简得1U ＝r ＋R 0E ·1R ＋1E ，则有k ＝a b ＝r ＋R 0E

，a ＝1E ，解得E ＝1a ，r ＝1b

－R 0。 (3)考虑到电压表的分流作用，则有E …… 此处隐藏：2980字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……