【物理】2018届一轮复习人教版第8章实验10测定电源的电动势和内阻学案 8页

实验十　测定电源的电动势和内阻 ‎【基本要求】‎ 一、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的欧姆定律．‎ ‎2．掌握用图象法求电动势和内阻的方法．‎ 二、实验原理 ‎1．实验依据：闭合电路欧姆定律．‎ ‎2．E和r的求解：由U＝E－Ir得，解得E、r.‎ ‎3．图象法处理：以路端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建系、描点、连线，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r.‎ 三、实验器材 电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔．‎ 四、实验步骤 ‎1．电流表用‎0.6 A量程，电压表用3 V量程，按实验原理图连接好实物电路．‎ ‎2．把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端．‎ ‎3．闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数．记录一组电流表和电压表的示数，用同样方法测量并记录几组I、U值，并填入表格中．‎ 第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组 U/V I/A ‎4.断开开关，拆除电路，整理好器材．‎ ‎【方法规律】‎ 一、数据处理 ‎1．列多个方程组求解，再求E、r的平均值．‎ ‎2．用作图法处理数据，如图所示．‎ ‎(1)图线与纵轴交点为E.‎ ‎(2)图线与横轴交点为I短＝.‎ ‎(3)图线的斜率的绝对值表示 r＝.‎ 二、误差分析 ‎1．偶然误差 ‎(1)电表读数不准引起误差．‎ ‎(2)图象法求E和r时作图不准确．‎ ‎2．系统误差 ‎(1)相对于电源内阻而言，采取电流表外接法，由于电压表分流造成电动势和内阻的测量值均偏小．‎ ‎(2)相对于电源内阻而言，采取电流表内接法，由于电流表分压，造成内阻的测量值偏大．‎ 三、注意事项 ‎1．为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池．‎ ‎2．电流不要过大，应小于‎0.5 A，读数要快．每次读数后立即断开电源．‎ ‎3．要测出不少于6组的(U，I)数据，且变化范围要大些．‎ ‎4．若U－I图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r＝确定．‎ ‎5．相对于电源内阻而言，电流表要外接(因为r很小)．‎ ‎　对实验器材、电路的选择和电路连接的考查 ‎　(2015·高考天津卷)用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V，内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：‎ A．电流表：量程‎0.6 A，内电阻约1 Ω B．电流表：量程‎3 A，内电阻约0.2 Ω C．电压表：量程3 V，内电阻约30 kΩ D．电压表：量程6 V，内电阻约60 kΩ E．滑动变阻器：0～1 000 Ω，额定电流‎0.5 A F．滑动变阻器：0～20 Ω，额定电流‎2 A ‎(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)．‎ ‎(2)下图为正确选择仪器后，连好的部分电路．为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将________和________相连、________和________相连、________和________相连(均填仪器上接线柱的字母代号)．‎ ‎(3)实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验．实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U.用图象法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，则可以________为纵坐标，以________为横坐标．‎ ‎[解析]　(1)为了使测量更准确，电流表选量程为‎0.6 A的电流表A，电池组的电动势约4.5 V，故电压表选D，为了便于调节滑动变阻器应选F.‎ ‎(2)为了使测量误差尽可能小，测量电源电动势和内电阻的原理图如图1所示，因此将a、d相连，c、g相连，f、h相连．‎ ‎　‎ ‎(3)用电阻箱和电压表测量电源电动势和内电阻的实验原理图如图2所示，根据闭合电路欧姆定律，得 E＝U＋r 所以＝＋·，‎ 因此可作出－图象处理数据．‎ ‎[答案]　(1)A　D　F　(2)a　d　c　g　f　h　‎ ‎(3)　(或U　或　R)(横纵坐标互换亦可)‎ ‎　对数据处理和误差分析的考查 ‎　(2016·高考四川卷)用如图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：‎ ‎①将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；‎ ‎②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；‎ ‎③以U为纵坐标，I为横坐标，作U－I图线(U、I都用国际单位)；‎ ‎④求出U－I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.‎ ‎ 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)‎ 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、R1和R2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)测电源的电动势和内阻的原理为闭合电路的欧姆定律，即U＝E－Ir，I是电路中的总电流，实际测量时电压表的分流作用会引起系统误差，为了减小系统误差，应选用内阻较大的电压表，即选A；由于电路中的最大电流约为I＝＝ A≈‎0.176 A＝176 mA，应选C.‎ ‎(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大，说明滑动过程中滑动变阻器接入电路的阻值增大，因此说明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，C项正确．‎ ‎(3)图象斜率绝对值k＝r＋R2，图象与横轴的截距为电压表短路时的电流，即a＝，因此电源的内阻r＝k－R2，电源的电动势E＝ka.‎ ‎[答案]　(1)A　C　(2)C　(3)ak　k－R2‎ ‎1．设计本实验时，还可有以下两种思路 ‎(1)利用电流表(或电压表)和电阻箱，改变电阻箱的阻值，测出对应的电流(或电压)，由闭合电路欧姆定律列式求解或作出相关量间的关系图象，利用截距、斜率求解．‎ ‎(2)利用电阻箱和数据采集系统获取相关数据，或给出图象，利用闭合电路欧姆定律导出有关量间函数关系，由图象截距、斜率求解．无论实验如何设计，给出哪两个量的关系图象，都是利用闭合电路欧姆定律，进行相关的推导，找出其函数关系，从而求得电动势和内阻．‎ ‎2．电源的电动势和内阻测量方法一般为伏安法，另外还有以下几种方法 ‎(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，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＋r，E＝U2＋r，由此可求出E和r，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＝≈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＋r，RV为V1的内阻；再闭合S，V1的示数为U′1，此时E＝U′1＋r，解方程组可求得E和r.‎ ‎　(高考全国卷Ⅰ)利用如图(a)所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：‎ ‎ ‎ 待测电源，电阻箱R(最大阻值为999.9 Ω)，电阻R0(阻值为3.0 Ω)，电阻R1(阻值为3.0 Ω)，电流表A(量程为200 mA，内阻为RA＝6.0 Ω)，开关S.‎ 实验步骤如下：‎ ‎①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；‎ ‎②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；‎ ‎③以为纵坐标，R为横坐标，作 －R图线(用直线拟合)；‎ ‎④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则与R的关系式为________________________________________________________________________．‎ ‎(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0 Ω时电流表的示数如图(b)所示，读出数据，完成下表．答：①________，②________.‎ R/Ω ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎3.0‎ ‎4.0‎ ‎5.0‎ ‎6.0‎ ‎7.0‎ I/A ‎0.143‎ ‎0.125‎ ‎①‎ ‎0.100‎ ‎0.091‎ ‎0.084‎ ‎0.077‎ /A－1‎ ‎6.99‎ ‎8.00‎ ‎②‎ ‎10.0‎ ‎11.0‎ ‎11.9‎ ‎13.0‎ ‎(3)在图(c)的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k＝________A－1·Ω－1，截距b＝________A－1.‎ ‎(4)根据图线求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.‎ ‎[解析]　(1)根据闭合电路欧姆定律可知：‎ E＝IRA＋(R＋R0＋r)‎ 将R0＝3.0 Ω，R1＝3.0 Ω，RA＝6.0 Ω代入上式得 ＝R＋(5.0＋r)．‎ ‎(2)从读数上，有效数字要一致，即读数是‎0.110 A，倒数是‎9.09 A－1.‎ ‎(3)由－R关系式可知k＝，截距b＝(5.0＋r)；由给出的数据作出图象，连线时尽可能使多的点在同一直线上，不在直线上的点要均匀分布在直线两侧．‎ 由图象可知，k＝1.0 A－1·Ω－1，b＝6.0 A－1.‎ ‎(4)电源电动势E＝3.0 V，电源内阻r＝1.0 Ω.‎ ‎[答案]　(1)＝R＋(5.0＋r)‎ ‎(2)①0.110　②9.09‎ ‎(3)见解析图　1.0(0.96～1.04之间)‎ ‎6．0(5.9～6.1之间)‎ ‎(4)3.0(2.7～3.3之间)　1.0(0.6～1.4之间)‎ ‎(1)本实验是用安阻法测电源的电动势和内阻，R1起到给电流表扩程的作用，R0起保护作用，要完成实验测量，R1、R0、A的阻值必须已知．‎ ‎(2)数据分析时，首先根据欧姆定律、串并联电路的特点，列出与R的关系式，再进一步明确－R图象截距、斜率的物理意义，问题即可得到解决．　 ‎