人教版高中物理一轮复习课件：实验7 测量电源的电动势和内阻 56页

实验七 测量电源的电动势和内阻 1.测量电源的电动势和内阻 2.掌握用图象法求电动势和内阻 1.实验依据闭合电路欧姆定律 2.实验电路：如图 3.E和r的求解：由U=E-Ir 得： ,解得： 1 1 2 2 U E I r U E I r      1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 I U I UE I I U Ur I I       4.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)图线的斜率绝对值表示 r= .U I  ｜ ｜ E r 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. 一、实验步骤 1.电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按实验电路图连接 好电路 2.把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端 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 【锦囊妙诀】滑动变阻为外电阻， 列表记录两表读数，电压变化便 于作图，U轴起点要看清楚，求 解E、r要用U-I图. 二、数据处理 1.设计表格，将测得的几组U、I值填入表格中 第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组 U/V I/A 2.列方程组求解电动势和内阻的大小 U1=E-I1r U2=E-I2r U3=E-I3r U4=E-I4r U5=E-I5r U6=E-I6r 根据以上三组方程分别求出E、r，再取其平均值作为电源的电 动势E和内阻r.          ① ② ③ 3.用图象法处理数据 在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U-I坐 标系，在坐标平面内描出各组(I，U)值所对应的点，然后尽量 多地通过这些点作一条直线，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值即是电池电动势的大 小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率绝对值即为电池的内阻 r，即r= U| |I   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误差. 2.系统误差 (1)若采用甲图，其U-I图象如乙图所示. 由于电压表的分流作用造成误差. 结论： ①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，短路电流测量值＝真 实值. ②E测r真，r测为r真和RA的串联值，由于通 常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的误差非常大. E I短测 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 使用过一段时间的干电池) 2.要测出不少于6组的(I，U)数据，且变化范围要大些，然后用 方程组求解，并求平均值 3.若U-I图线纵轴刻度不是从零开始，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= 确定.应根据r= 确 定 E I短 U| |I   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， 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= ,E= ,由此可求出r 和E,此种方法测得的电动势和内阻均 偏小 1 1 1 UU rR  2 2 2 UU rR  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 V V ER R 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+ ,RV为V1 的内阻；再闭合S，V1的示数为U1′,此时E=U1′+ ,解方 程组可求得E和r. 1 V U rR 1 V U rR  用图象处理实验数据，确定被测量 【例证1】(2012·德州模拟)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1.5 V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： A.电流表A1(满偏电流10 mA,内阻10 Ω); B.电流表A2(0～0.6 A，内阻未知)； C.滑动变阻器R0(0～100 Ω,1 A); D.定值电阻R(阻值990 Ω)；E.开关与导线若干. 该同学根据现有的实验器材，设计了如图甲所示的电路，图乙 为该同学根据上述设计的实验电路测出多组数据并绘出的I1-I2 图线(I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数)，则由图线可 以得到被测电池的电动势E=______V,内阻r=______Ω.(结果保 留两位有效数字) 【规范解答】由实验电路，R和A1串联相当于电压表，根据闭合 电路欧姆定律E=I1(R+RA1)+I2r 解得：I1= 延长I1-I2图线，当I2=0时，读出I1=9.0 mA 解得E=9.0 V 图线斜率的绝对值 解得r=10 Ω. 答案：9.0 10 2 A1 A1 1 rE IR R R R   1 A1 2 Ir R R I  ｜ ｜ 实验电路的改进和分析 【例证2】(2012·宿迁模拟)在测量一节干电池的电动势和内阻 的实验中，备有下列器材： A.待测的干电池(电动势约为1.5 V,内电阻小于1.0 Ω) B.电流表A1(量程0～3 mA,内阻Rg1=10 Ω) C.电流表A2(量程0～0.6 A,内阻Rg2=0.1 Ω) D.滑动变阻器R1(0～20 Ω,10 A) E.滑动变阻器R2(0～200 Ω,1 A) F.定值电阻R0(990 Ω) G.开关和导线若干 (1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表,但给出了两个电流 表,于是他设计了如图甲所示的a、b两个参考实验电路，其中 合理的是_____图所示的电路；在该电路中，为了操作方便且 能准确地进行测量，滑动变阻器应选_____(填写器材前的字母 代号). (2)图乙为该同学根据(1)中选出的合理的实验电路，利用测出 的数据绘出的I1-I2图线(I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的 示数，且I2的数值远大于I1的数值)，则由图线可得被测电池的 电动势E=______V，内阻r=______Ω. (3)若将图线的纵坐标改为______，则图线与纵坐标轴的交点的 物理含义即为电动势的大小. 【规范解答】(1)用电流表A1与R0串联改装成的电压表量程 U=IA1(Rg1+R0)=3 V,用于测定一节干电池的电动势较合适,滑动 变阻器R1阻值较合适,R2阻值偏大,不容易调节. (2)由E=I1(Rg1+R0)+I2r,对应图乙可知,E=1.49 V,r= ≈ 0.86 Ω. 0.3 0.35  (3)若将纵坐标改为U,其中U=I1(Rg1+R0),单位为V,则图线与纵坐 标的交点的物理意义即为电动势大小. 答案:(1)b D (2)1.49 0.86 (3)U 1.如图所示是根据某次实验记录的 数据画出的U-I图线，关于此图线， 下列的说法中正确的是( ) A.纵轴的截距表示电源的电动势，即E=3.0 V B.横轴的截距表示电源的短路电流，即I短=0.6 A C.电源的内阻r=5 Ω D.电源的内阻r=1.0 Ω 【解析】选A、D.U-I图线纵轴截距一定是电源电动势，A正确. 由于纵轴起点不是从零开始，故短路电流不是0.6 A，内阻 r= =1.0 Ω.故B、C错误，D正确.3.0 2.4 0.6   2.(2012·宜春模拟)某同学在用电流表和电压表测电池的电动 势和内阻的实验中，串联了一只2.5 Ω的保护电阻R0,实验电路 如图所示. (1)连好电路后，当该同学闭合电键时，发现电流表示数为0， 电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未发生 短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a、 b,b、c,d、e时，示数均为0，把两表笔接c、d时，示数与电压 表示数相同，由此可推断故障是___________. (2)按电路原理图及用多用电表的电压挡检查电路且把两表笔分 别接c、d时的实物电路图以画线代替导线连接起来. 【解析】(1)根据电流表示数为零，可以确定是断路故障，根据 电压检测情况，可以确定故障是滑动变阻器R断路. (2) 答案：见解析 3.如图甲所示的电路是实验室测量电源电动势和内阻的电路 图，按电路甲进行实验，根据测得的U、I数据画出U-I图象，如 乙图所示，则电动势测量值E=______，内阻测量值r=______.电 动势测量值与真实值相比______,内阻测量值与真实值相比 ______.(填“偏大”、“相等”或“偏小”) 【解析】U-I图象纵轴上截距为电源电动势，故E=U2 由U-I图象，r= 由于系统误差，电动势和内阻的测量值都比真实值偏小. 答案：U2 偏小 偏小 2 1 1 U U I  2 1 1 U U I  4.用如图所示的电路，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保护电路.除电池、开关和导线外， 可供使用的实验器材还有： (a)电流表(量程0.6 A、3 A) (b)电压表(量程3 V、15 V) (c)定值电阻(阻值1 Ω、额定功率5 W) (d)定值电阻(阻值10 Ω、额定功率10 W) (e)滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω、额定电流2 A) (f)滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω、额定电流1 A) 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. (2)引起该实验系统误差的主要原因是_____________________ __________________________________. 【解析】(1)由于电源电动势在1.5 V左右，故选量程为3 V的电 压表，电池允许通过的最大电流大约为0.5 A,故选量程为0.6 A 的电流表.由于电池内阻很小，故选电阻值较小的定值电阻为保 护电阻，阻值为1 Ω.为了更方便调节电路，滑动变阻器选0～ 10 Ω. (2)产生系统误差的原因是由于电压表的分流作用造成电流表读 数总是比电池实际输出的电流小，造成E测