《（三维设计）2016年高考物理一轮（广东专版+习题课件+高考题库+考点通关）第八章 恒定电流 实验九 测定电源电动势和内阻》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（三维设计）2016年高考物理一轮（广东专版+习题课件+高考题库+考点通关）第八章 恒定电流 实验九 测定电源电动势和内阻（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验 九 测定电源电动势和内阻 一、实验目的 (1) 掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法。 (2) 学会用图象法求电源的电动势和内阻。 二、实验原理 1 实验依据 闭合电路欧姆定律。 2 实验电路 如图实 9 1 所示 图实 9 1 3 E 和 r 的求解 由 U E 得：E E 得：E 作图法数据处理 如图实 9 2 所示。 图实 9 2 ( 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 | | 。 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、刻度尺、铅笔等。 四、实验步骤 (1
2、) 电流表用 量程，电压表用 3 V 量程，按图连接好电路。 (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 ( 。用同样方法测量出多组 I 、 U 值。填入表格中。 (4) 断开开关，拆除电路，整理好器材。 五、数据处理 本实验中数据的处理方法：一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法。 I/A U/V 第 6组 第 5组 第 4组 第 3组 第 2组 第 1组 方法一 ： 联立六组对应的 U ， I 数据，数据满足关系式 E E E 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
3、，这样解得三组E ， r ，取其平均值作为电池的电动势 E 和内阻 r 的大小。 方法二 ： 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 | | 。 六、注意事项 (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) 在实验时，电流不能过大，通电时间不能太长，以免对E
4、 与 r 产生较大影响。 (3) 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。 ( 4) 画 U I 图线时，由于读数的偶然误差，描出的点不在一条直线上，在作图时应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去。这样就可使偶然误差得到 部分抵消，从而提高精确度。 ( 5) 由于干电池的内阻较小，路端电压 U 的变化也较小，这时画 U I 图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，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 ) 。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距
5、仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻。 七、误差分析 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 、 2 系统误差 由于电压表和电流表内阻影响 而导致的误差。 ( 1) 如 图实 9 3 甲所示，在理论上 E U ( I V I A ) r ，其中电压表示数 U 是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流 I V 而形成误差，而且电压表示数越大， I V 越大。 图实 9 3 结论： 当电压表示数为零时， 0 ， I 短 ，短路电流测量值真实
6、值。 E 测 r 真 ， r 测 为 r 真 和 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。 实验原理与操作 例 1 (2014 福建高考 ) 某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理如图甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计 G 改装的电流表 A ， V 为标准电压表， E 为待测电池组， S 为开关， R 为滑动变阻器， 的定值电阻。 (1) 已知灵敏电流计 G 的满偏电流 100 A 、内阻 2.0 若要改装后的电 流表满偏电流 为 200 m A ，应并联一只_( 保留一位小数 ) 的定值电阻 ( 2) 根据图实 9 5 甲，用笔画线代替导线
7、将图乙连接成完整电路。 图实 9 5 ( 3) 某次实验的数据如下表所示： 160 140 120 100 80 60 40 20 改装表 读数 I/电压表 读数 U/V 8 7 6 5 4 3 2 1 测量次数 V A 该小组借鉴 “ 研究匀变速直线运动 ” 实验中计算加速度的方法 ( 逐差法 ) ，计算出电池组的内阻 r _ _ ( 保留两位小数 ) ；为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的 主要优点是 _ _ 。 ( 4) 该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知
8、值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是 _ 。 ( 填选项前的字母 ) A 电压表内阻的影响 B 滑动变阻器的最大阻值偏小 C D 解析 ( 1) 根据并联分流规律可知， ( I 入解得 。 ( 2) 连接实物电路图时，注意按照电流的方向依次连接各用电器，最后将电压表和电流计分别并入电路。 ( 3) 根据电源的伏安特性曲线可知，电源的内阻 r 合逐差法可得， r 2 3 4 ，所以 r ；逐差法处理实验数据时能够充分利用已测得的数据，以减小实验的偶然误差。 ( 4) 电动势测量值误差很小，说明电压表分流产生的 误差可以忽略不计，而内阻测量值偏大，根据
9、( 3) 中计算式可知，其可能原因是 R 0 标称值比实际值小， D 项正确；或者通过电源的电流的测量值小于真实值，即与电流计并联的电阻 R 1 的实际值小于计算值， C 项正确。 答案 ( 1) ( 2) 如图实 9 6 所示 ( 3) 充分利用已测得的数据 ( 4) 图实 9 6 题组演练 1 ( 2013 浙江高考 ) 采用如图实 9 7 所示的电 路 “ 测定电池的电动势和内阻 ” 。 图实 9 7 ( 1) 除了选用图实 9 8 中的部分器材外， _( 填选项 ) ； A 还需要电压表 B 还需要电流表 C 还需要学生电源 D 不再需要其他器材 图实 9 8 ( 2) 测量所得数据如
10、下： _ ； ( 3) 根据第 5 次所测得的实验数据，求得电流表内阻 R A _ 。 解析： ( 1) 除图中给出的器材外，还需要电压表，故应选 A ； ( 2) 作出 U I 图像，可求得电池的内阻 r ； ( 3) 由 U I ( R 和第 5 组数据，得：电流表的内阻 IR ( 。 答案： ( 1) A ( 2) 如图所示 ( ) ( 3) 2 ( 2015 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 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 满偏电流 10 m A ，内阻
11、 10 ) ； B 电流表 ，内阻未知 ) ； C 滑动变阻器 100 ， 1 A) ； D 定值电阻 R ( 阻值 9 90 ) ； E 开关与导线若干。 该同学根据现有的实验器材，设计了如图实 9 9 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 I 1 I 2 图线 ( I 1 为电流表 A 1 的示数， I 2 为电流表 A 2 的示数 ) ，则由图线可以得到被测电池的电动势 E _ _ V ，内阻 r _ 。 ( 结果保留两位有效数字 ) 图实 9 9 解析： 由实验电路， R 和 据闭合电路欧姆定律 E R ( r 解得： R 1 0 时，读出 9.0 m
12、A ，图线斜率的绝对值 r 2，解得 E V ， r 10 。 答案： 10 数据处理与误差分析 例 2 用图实 9 10 所示电路，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 R 0 起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有： 图实 9 10 A 电流表 ( 量程 、 3 A) ； B 电压表 ( 量程 3 V 、 1 5 V) ； C 定值电阻 ( 阻值 1 、额定功率 5 W) ； D 定值电阻 ( 阻值 10 、额定功率 10 W) ； E 滑动变阻器 ( 阻值范围 0 10 、额定电流 2 A) ； F 滑动变阻器 ( 阻值范围 0 100 、额定电流 1 A) 。 那么： ( 1) 要正确
