《（全国通用）2018高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 第5讲 实验九 测定电源电动势和内阻课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（全国通用）2018高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 第5讲 实验九 测定电源电动势和内阻课件（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5讲 实验九:测定电源电动势和内阻,一、实验目的 1.掌握测定电源的电动势和内阻的方法。 2.会用图象法求电动势和内阻。 二、实验原理 在闭合电路中,由闭合电路的欧姆定律可得电源的电动势E、内阻r、路端电压U、电流I存在关系为U=E-Ir,E、r在电路中不随外电阻R的变化而改变;测量原理图如图所示,通过改变外电阻,用电流表和电压表测得一系列I和U的值(至少6组),然后再在U-I图象中描点作图,所得直线与纵轴的交点即为电动势E,图线斜率的绝对值为内阻r,这种方法叫伏安法。,三、实验器材 电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干、坐标纸。 四、实验步骤 1.按实验电路图连接成电路,电流表
2、取0.6 A量程,电压表取3 V量程,将滑动变阻器的触头调到有效电阻最大的一端。 2.检查电路无误后,闭合开关,移动滑动变阻器触头的位置,使电流表有明显示数,记下一组(I,U)值。 3.改变滑动变阻器滑片的位置5次,用同样的方法,再测出5组(I,U)数值,然后断开开关,整理好仪器。,五、数据处理 方法一:列方程组求解电动势和内阻的大小,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。,方法二:用图象法处理数据 (1)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。 (2)通过这些点作一条直线,不在直线上的点大致
3、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源电动势的大小(一次函数的纵轴截距),直线斜率的绝对值即为电源的内阻r,即 。,六、误差分析 1.偶然误差 (1)读数不准引起误差。 (2)用图像法求E和r时,由于作图不准确造成误差。 2.系统误差 用伏安法测电源电动势和内阻的方法很简单,但系统误差较大,这主要是由于伏特表和安培表内阻对测量结果的影响而造成的,用这种方法测电动势可供选择的电路有两种,如图甲、乙所示。,(1)当用甲图时,考虑电表内阻,从电路上分析,由于实验把变阻器的阻值R看成是外电路的电阻,因此伏特表应看成内电路的一部分,故实际测量出的是电源和伏特表这一整体的电动势和等效内阻(
4、如甲图中虚线框内所示),因为伏特表和电源并联,所以等效内阻r测应等于电源真实内阻值r真和伏特表电阻RV的并联值,即 。此时如果断开外电路,则电压表两端电压U等于电动势测量值,即U=E测,而此时伏特表与电源构成回路,所以有Ur真,此时如果断开外电路,则电流为零,安培表两端电势相等,等效电源的电动势E测就是电源电动势的真实值E真,即E测=E真。,七、注意事项 1.为了使电源的路端电压变化明显,电源的内阻应选得大些(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.在画U-I图线时,要
5、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,不要顾及个别离开直线较远的点,以减小偶然误差。 4.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,如图乙所示,把坐标的比例放大,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。另外,计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点,用 计算出电源的内阻r。,考点二,考点一,考点三,实验原理与实验操作 典例1 利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。 (1)应该选择的实验电路是图1的 (选填“甲”或“乙”)。 图1
6、(2)现有电流表(00.6 A)、开关和导线若干,以及以下器材: A.电压表(015 V) B.电压表(03 V) C.滑动变阻器(050 ) D.滑动变阻器(0500 ) 实验中电压表应选用 ;滑动变阻器应选用 (选填相应器材前的字母)。,考点二,考点一,考点三,(3)某位同学记录的6组数据如下表所示,其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上,请标出余下一组数据的对应点,并画出U-I图线。,图2,考点二,考点一,考点三,(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E= V, 内电阻r= 。 (5)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化。图3的各示
7、意图中正确反映P-U关系的是 。 图3,考点二,考点一,考点三,考点二,考点一,考点三,【参考答案】 (1)甲 (2)B C (3)如图所示 (4)1.50 0.83 (5)C,考点二,考点一,考点三,【名师点睛】 测定电源电动势和内阻这一实验在选择实验电路时,也可根据内接法和外接法的选择方法去选择,只是现在的待测电阻是电源,如果电源内阻很小就可用相对于电源的外接法,如果电源内阻很大就可用相对于电源的内接法。,考点二,考点一,考点三,(2016重庆一中月考)某课外活动小组自制了西红柿电池组,现在要测量该西红柿电池组的电动势和内阻(电动势约2 V,内阻两千多欧姆),实验室现有如下器材: 多用电表
8、:欧姆挡(1,10,100,1 k) 直流电流挡(00.5 mA,01 mA,010 mA,0100 mA) 直流电压挡(00.5 V,02.5 V,010 V,050 V,0250 V,0500 V) 电压表(03 V,015 V) 滑动变阻器:R1(010 ),R2(02 k) 开关及导线。,考点二,考点一,考点三,(1)该小组同学先用多用电表直流电压“02.5 V”挡粗测了西红柿电池组的电动势,指针稳定时如图甲所示,其示数为 1.6 V(保留两位有效数字); (2)为了用伏安法更精确地测量西红柿电池组的电动势和电阻,应选 电压表(03 V) 测电压,选 多用电表直流电流挡01 mA 测电
9、流(填电表名称和所选量程);滑动变阻器应选 R2 (填电阻符号);,考点二,考点一,考点三,(3)在与图乙上进行实物连接。,考点二,考点一,考点三,答案:如图所示,考点二,考点一,考点三,考点二,考点一,考点三,数据处理与误差分析 典例2 (2015江苏高考)小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。,(1)如图中电流表的示数为 A。,考点二,考点一,考点三,(2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下:,请根据表中的数据,在如图的方格纸上作出U-I图线。,由图线求得:电动势E= V;内阻r= 。 (3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合。其
10、实,从实验误差考虑,这样的操作不妥,因为 。,考点二,考点一,考点三,【解题思路】(1)根据表中数据可知,电流表选择的量程为00.6 A,最小刻度为0.02 A,所以只需本位估读,根据电表的指针所在位置,可知电流表的示数为0.44 A。(2)根据数据选择合适的标度,描出表格中的数据,画出一条直线,该图线与纵轴的截距即为电源电动势E=1.60 V,图线的斜率表示电源内阻 。(3)开关一直闭合,会导致电源长时间处于工作状态,干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大。,考点二,考点一,考点三,【参考答案】 (1)0.44 (2)U-I图线如图所示 1.60(1.581.62都正确
11、) 1.2(1.181.26都正确) (3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大,考点二,考点一,考点三,【名师点睛】 (1)在电源的U-I图线中,若两坐标轴均从零开始的,则图线与U轴的截距为电源电动势,图线与I轴的截距为电源的短路电流。 (2)若U轴不以零开始,则U轴截距仍为电源电动势,I轴截距不再是短路电流,此时 。,考点二,考点一,考点三,(2015绵阳三诊)测一节干电池的电动势E和内阻r。某同学设计了如图a所示的实验电路,已知电流表内阻与电源内阻相差不大。 (1)连接好实验电路,开始测量之前,滑动变阻器R的滑片P应调到 a (填“a”或“b”)端。 (2)闭合开
12、关S1,S2接位置1,改变滑片P的位置,记录多组电压表、电流表示数。 (3)闭合开关S1,S2接位置2,改变滑片P的位置,记录多组电压表、电流表示数。 (4)建立U-I坐标系,在同一坐标系中分别描点作出S2接位置1、2时图象如图b所示。,考点二,考点一,考点三,S2接1时的U-I图线是图b中的 B (填“A”或“B”)线。 每次测量操作都正确,读数都准确。由于S2接位置1,电压表的分流作用,S2接位置2,电流表的分压作用,分别测得的电动势和内阻都与真实值不相等。则由图b中的A和B图线,可得电动势和内阻的真实值,E= 1.50 V,r= 1.50 。,考点二,考点一,考点三,考点一,考点三,考点
13、二,同类实验拓展与创新 典例3 (2014新课标全国卷)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999.9 ),电阻R0(阻值为3.0 ),电阻R1(阻值为3.0 ),电流表 (量程为200 mA,内阻为RA=6.0 ),开关S。 实验步骤如下: 将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S; 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; 求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b。,考点一,考点三,考点二,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
14、 时电流表的示数如图(b)所示,读出数据,完成下表。答: , 。,考点一,考点三,考点二,(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-1-1,截距b= A-1。 (4)根据图线求得电源电动势E= V,内阻r= 。,考点一,考点三,考点二,考点一,考点三,考点二,(2)0.110 9.09 (3)如图所示 1.0(或在0.961.04之间) 6.0(或在5.96.1之间) (4)3.0(或在2.73.3之间) 1.0(或在0.61.4之间),考点三,考点二,考点一,【名师点睛】 采用安箱法和伏箱法测电源电动势和内阻时,我们在分析数据时也经常采用图象法,要根据所
15、给的图象求出电源电动势和内阻关键是根据闭合电路的欧姆定律写出测得的两个变量与电源电动势和内阻的关系,进而变形成与两个变量有关的一次函数的形式,然后根据图象斜率和截距的意义求出电源电动势和内阻。,考点三,考点二,考点一,(2015济南二模)某同学准备利用下列器材测量干电池的电动势和内电阻。 A.待测干电池一节,电动势约为1.5 V,内阻约几欧姆 B.直流电压表V,量程为3 V,内阻非常大 C.定值电阻R0=150 D.电阻箱R E.导线和开关 根据如图甲所示的电路连接图进行实验操作。多次改变电阻箱的阻值,记录每次电阻箱的阻值R和电压表的示数U。在 坐标系中描出的坐标点如图乙所示。,考点三,考点二
16、,考点一,考点三,考点二,考点一,答案:如图所示,考点三,考点二,考点一,(3)根据图线求得斜率k= 0.0044 V-1-1,纵截距b= 0.70 V-1(保留两位有效数字); (4)根据图线求得电源电动势E= 1.52 V,内阻r= 9.09 (保留三位有效数字)。,1.(2015四川高考)用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6 V,电池内阻和待测电阻阻值都为数千欧。可选 用的实验器材有: 电流表A1(量程030 mA); 电流表A2(量程0100 mA); 电压表V(量程06 V); 滑动变阻器R1(阻值05 ); 滑动变阻器R2(阻值0300 ); 开关S一个,导线若干条。 某同学的实验过程如下:,.设计如图甲所示的电路图,正确连接电路。
