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1、新高考物理二轮复习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UEIr得：，解得：4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。(3)图线的斜率的绝对值表示内阻r。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。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。
2、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U1EI1r、U2EI2r、U3EI3r让第1式和第4式联立方程，第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
3、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。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
4、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，计算出电池的内阻r。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
5、流表内阻影响而导致的误差。(1)如图甲所示，在理论上EU(IVIA)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IVI测结论：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UabE真，即E测r真。从电路的角度看，r测r真R
6、A。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：EI1(R1r)，EI2(R2r)，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：EU1r，EU2r，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UE，需满足RVr。4
7、.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，EU1U2r，RV为V1的内阻；再闭合S，V1的示数为U1，此时EU1r，解方程组可求得E。板块二考点细研悟法培优考点1 器材选择与实物连接 例12014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、
8、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。(3)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(3)2.90(在2.892.91之间均可)1.03(在0.931.13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UEI(RAr)可知图中UI图线
9、的纵截距表示E、斜率的绝对值kRAr，故由图可得E2.90 V，rkRA2.03 1.00 1.03 。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0600 mA，内阻不计)；B.电流表A2(量程03 A，内阻不计)；C.电压表V1(量程06 V，内阻很大)；D.电压表V2(量程015 V，内阻很大)；E.滑动变阻器R(阻值0100 )；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_，
10、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。(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)AC(4)10kr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I0.3 A，故应选电流表A。(4)根据题图甲可得
11、关系UEIr，所以UI图象的斜率表示电池的内阻，则内阻为r 10 ；将Rx改接在B、C之间，根据题意，则有关系式UEI(Rxr)，则等效内阻为Rxrk，故Rxkr。考点2 实验原理与数据处理例22017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(03 V，内阻约为3 k)；电流表A(00.6 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
12、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。(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E1.50 V，rrA 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。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1B.电流传感器2C.定值电阻R0(3 k)D.滑动变阻器R(020 )E.开关和导线若干某同学发现上述器材中没有电压传感器，但给出了两个电流传感器，于是他设计了如图甲所示的电路来完成实验。(1)该同学利
13、用测出的实验数据作出的I1I2图线(I1为电流传感器1的示数，I2为电流传感器2的示数，且I1远小于I2)如图乙所示，则由图线可得被测电池的电动势E_V，内阻r_。(2)若将图线的纵轴改为_，则图线与纵轴交点的物理含义即为被测电池电动势的大小。答案(1)4.51.5(2)I1R0解析(1)由闭合电路欧姆定律有EUIr，可得I1R0E(I1I2)r，又I1远小于I2，故I1R0EI2r，则I1I2，即I1与I2间为线性关系，由数学知识可得，k，b，由题图乙可知，b1.5 mA，k0.5103，解得E4.5 V，r1.5 。(2)若将图象纵轴改为路端电压，即I1R0，则图线与纵轴交点的物理意义即为被测电源电动势的大小。考点3 创新实验测E和r的其他方法例3某实验小组测定水果电池的电动势和内阻，所用的器材有：水果电池E：电动势约为1 V；电流表A：量程10 mA，内阻约为几欧；电压表V：量程1 V，内阻RV3 k；滑动变阻器RP：最大阻值200 ；电阻箱R：最大阻值9999 ；开关S，导线若干。(1)该实验小组设计了如图1所示的电路，实验中无论怎样移动滑动变阻器的滑片，发现电流表的示数及变化均很小，且电压表的示数变化很小，分析其原因是_。(2)该实验小组经过分析设计了如图2所示的电路，实验步骤如下：第一步：闭
