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1、【MeiWei_81-优质适用文档】实验9 测定电源的电动势和内电阻测电源的电动势和内电阻实验, 是高中物理的重要实验，无论是原教科书，还是课程标准教科书，都把它列为学生实验；无论是普通高考大纲，还是课程标准试验区高考大纲，都把它列为必考实验；从多年以及近几年的高考试卷看，也屡屡出现测电源的电动势和内阻的题目。测电源的电动势和内电阻实验，传统的方法是用电流表、电压表和滑动变阻器或电阻箱，新技术的数字化实验方法是用电流传感器、电压传感器代替电流表、电压表并用数据采集器和电子计算机辅助实验，好处是：数据处理和作图象非常快，一眨眼的工夫图象就出来了。由于新的课程标准教科书中列出了做测电源的电动势和内
2、电阻实验的三种方法，即伏安法和安阻法、伏阻法；去年高考中有三个省不约而同地考到了安阻法并用作图法，所以本文不惜时间和笔墨把三种方法都做出来。1 实验原理：在闭合电路中，根据全电路欧姆定律，有 ，其中E表示电源的电动势，U表示电源的路端电压，I表示闭合电路中的电流，r表示电源的内阻。根据课程标准教科书，实验：测电源的电动势和内电阻可用三种方法：方法1. 式可变为 ，改变电路的外电阻R，测出一系列的I和U值，作出U-I图象。图象在U轴上的截距即为电源的电动势，直线的斜率即为内阻的负值。此方法叫伏安法，用伏特表和安培表。方法2. 式可变为，或，改变电路的外电阻R，测出一系列的I和R值，作出R-1/I
3、图象。图象在R轴上的截距即为电源的内阻，直线的斜率即电源的电动势E。此方法叫安阻法，用安培表和电阻箱。方法3. 式可变为，或，改变电路的外电阻R，测出一系列的U值，作出图象。图象在轴上的截距的倒数即为电源电动势，直线的斜率与截距的倒数乘积即为电源的内阻。此方法叫伏阻法，用伏特表和电阻箱。基础实验是伏安法。安阻法和伏阻法是在伏安法实验的基础上的提高。2实验目的：用三种方法测定电源的电动势和内阻。3实验步骤一、 伏安法1. 实验电路图 图1-12. 实验结果图象 图1-23. 计算数据电压轴上的截距为电池的电动势：E=6.0V, 电流轴上的截距为最大电流, 则电池的内阻为r=1.0。4. 实验实物
4、图 图1-35. 实验结果图象 图1-46. 计算数据电压轴上的截距为电池的电动势：E=9.0V, 电流轴上的截距为最大电流, 则电池的内阻为r=1.0。二、 安阻法1. 用仿真实验室研究按电路图搭建实验装置，如图2-1 图2-1改变电阻箱的阻值，电流表的读数对应变化，得到电流与电阻的关系图象，见图2-2. 图2-2由于图4不是直线，不便于求电动势和内阻，在实验过程中时，记下一系列的数据，把数据输入到Excel中并求出电流I的倒数1/I, 见下表。RI1/I100.2643.7878798.360.313.2258066.860.3692.7100275.360.4562.1929824.11
5、0.5671.7636683.360.6651.5037592.110.9321.0729611.361.230.81300802.90.344828 表1作出电流的倒数随电阻变化的图象，R1/I图象，见图2-3的直线。 图2-3根据，得到，知：R1/I图线直线的斜率即为电动势E，R轴上的截距的绝对值为内阻。从图5读出数据，计算得为，纵轴上的截距为-1，则电池的内阻为。三、 伏阻法（见例题）例120KK理综四川卷第22(2)题甲同学设计了如图所示的电路测电源电动势E及电阻R1和R2的阻值。实验器材有：待测电源E(不计内阻)，待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V(量程为1.5V，内阻很大)，电阻
6、箱R(0-99.99)，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。先测电阻R1的阻值。请将甲同学的操作补充完整：闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数r和对应的电压表示数U1，保持电阻箱示数不变，_，读出电压表的示数U2。则电阻R1的表达式为R1_。甲同学已经测得电阻R14.8，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值。该同学的做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图所示的图线，则电源电动势E_V，电阻R2=_。 利用甲同学设计的电路和测得的电阻R1，乙同学测电源电动势E和电阻R2的阻值的做法是：闭合S1，将S
7、2切换到b，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了相应的图线，根据图线得到电源电动势E和电阻R2。这种做法与甲同学的做法比较，由于电压表测得的数据范围_（选填“较大”、“较小”或“相同”)，所以_同学的做法更恰当些。答案：将S2切换到b ，R1。E1.43或10/7V，R2 1.2 较小，甲【解析】 （1） （2）由（2）式得，代入（1）式，经过复杂的运算得R1。根据，有，比照直线方程，有截距，所以E1.43或10/7V；斜率，又，已测出R14.8，可求出R2 1.2 。 由于电阻R2阻值小，电压表测得的数据范围较小，所以甲同学的做法更恰当些。点评：用电
8、压表和电阻箱测量电源的电动势和内电阻（本题的R2相当于内电阻）并用图象进行数据处理求出结果（与伏安法类比简称伏阻法），20KK年高考有三省市考到（分别是江苏、广东和天津）。例220KK宁夏理综卷（新课程）第22题（2）题利用伏安法测干电池的电动势和内阻，现有的器材为：干电池：电动势约为1.5V，符号 电压表：量程1V，内阻998.3，符号滑动变阻器：最大阻值10，符号 电阻箱：最大阻值99999.9，符号单刀单掷开关1个，符号 导线若干设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在制定的方框内。要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负。为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程
9、的 倍，电阻箱的阻值应为 。答案： 2 998.3【解析】因为电压表量程要大于电池电动势，所以要扩大为原量程的2倍，在电压表上串联等于其内阻的电阻，所以电阻箱的阻值应为998.3。点评：本题是伏安法测电源电动势和内阻（不是伏阻法），所以电阻箱是用来做扩大电压表量程用的。另外，因为电流表内阻一般与电池内阻差别不大，所以用电流表外接法（对待测电池而言）。 R Rx V a b K1 K2 E例。图中R为已知电阻，为待测电阻，为单刀单掷开关，为单刀双掷开关，V为电压表（内阻极大），E为电源（电阻不可忽略）。现用图中电路测量电源电动势及电阻（1） 写出操作步骤：（2） 由R及测得的量，可测得_,=_.
10、答案：（1）K1断开，K2接到a端，记下电压表的读数U1；K2仍接到a端，闭合K1，记下电压表的读数U2；K1仍闭合，K2接到b端，记下电压表的读数U3. （2）U1 例3。在测定一节干电池（电动势约为1.5V，内阻约为2）的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选：A电压表量程为15V，B电压表量程为3V，A变阻器为（20，3A），B变阻器为（500，0.2A）电压表应该选 （填A或B），这是因为 .变阻器应该选 （填A或B），这是因为 .答案：B，A电压表量程过大，误差较大；A、B变阻器额定电流过小且调节不便例。某同学按如图所示电路进行实验，实验时该同学将变阻器的触片P移到不同位置
11、时测得各电表的示数如下表所示序号A1示数(安)A2示数(安)V1示数(伏)V2示数(伏)10.600.302.401.2020.440.322.560.48将电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零。（1）电路中，分别为电源的电动势和内阻，为定值电阻，在这五个物理量中，可根据上表中的数据求得的物理量是（不要求具体计算） 。（2）由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了（但不为零），若这种情况的发生是由用电器引起的，则可能的故障原因是 。答案：（1）， （1分，1分，2分）（2）短路或断开 （4分）例420KK年天津理科综合卷第22（3）题某研究性学习小组利用图9所示电路测量电池组的电动势E和内阻
12、r。根据实验数据绘出如图10所示的R1/I图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E V，r 。 图9 图10 【解析】根据得到，从图10读出数据，计算得，直线的斜率即为，当时，横轴上的截距为，则电池的内阻为。点评：本题专门考查用电流表和电阻箱测电源的电动势和内电阻，与伏安法相比，实验用的仪器不同，测量的物理量不同，图象中横坐标与纵坐标表示的物理量不同了，因此根据图象求E、r的方法也不同。例5安徽20KK高考21.题. 用右图所示的电路，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：（a） 电流表（量程0.6A、3A）；（b） 电压表（量程3V、15V）（c） 定值电阻（阻值1、额定功率5W）（d） 定值电阻（阻值10，额定功率10W）（e） 滑动变阻器（阴值范围0-10、额定电流2A）（f） 滑动变阻器（阻值范围0-100、额定电流1A）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 的定值电阻，R应选择阻值范围是 的滑动变阻
