【三维设计】高考物理一轮复习 第七章实验10测定电源的电动势和内阻 （安徽 北京专）

一、实验目的一、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。掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法。(2)学会用图像法求电源的电动势和内阻。学会用图像法求电源的电动势和内阻。二、实验原理二、实验原理1实验依据实验依据 闭合电路欧姆定律。闭合电路欧姆定律。2实验电路实验电路 如图实如图实101所示。所示。图实图实1014作图法数据处理作图法数据处理 如图实如图实102所示。所示。图实图实102(4)断开开关，拆除电路，整理好器材。断开开关，拆除电路，整理好器材。五、数据处理五、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。式法，二是描点画图法。第第1组组 第第2组组 第第3组组 第第4组组 第第5组组 第第6组组U/VI/A方法一：方法一：联六组对应的联六组对应的U、I数据，数据满足关系式数据，数据满足关系式U1EI1r、U2EI2r、U3EI3r让第让第1式和第式和第4式联立式联立方程，第方程，第2式和第式和第5式联立方程，第式联立方程，第3式和第式和第6式联立方程，式联立方程，这样解得三组这样解得三组E、r，取其平均值作为电池的电动势，取其平均值作为电池的电动势E和和内阻内阻r的大小。的大小。六、误差分析六、误差分析1偶然误差偶然误差(1)由读数不准和电表线性不良引起误差。由读数不准和电表线性不良引起误差。(2)用图像法求用图像法求E和和r时，由于作图不准确造成的误差。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，都会引起测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起 E、r变化。变化。2系统误差系统误差 由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。(1)如图实如图实103甲所示，在理论上甲所示，在理论上EU(IVIA)r，其中，其中电压表示数电压表示数U是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通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过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大。越大。图图 实实103乙所示，因为电压表和电池并联，所以乙所示，因为电压表和电池并联，所以r测测小于电池内阻小于电池内阻r真真，因为外电阻，因为外电阻R断开时，断开时，a、b两点间电压两点间电压Uab等于电动等于电动势势E测测，此时电源与电压表构成回路，所以，此时电源与电压表构成回路，所以UabE真真，即，即E测测E真真。(2)若采用如图实若采用如图实104甲所示的电路，甲所示的电路，IA为电源电流真实为电源电流真实值，理论上有值，理论上有EUUAIAr，其中，其中UA不可知，而造成误不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，差，而且电流表示数越大，UA越大，当电流为零时，越大，当电流为零时，UA0，电压为准确值，等于，电压为准确值，等于E。图实图实104七、注意事项七、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选用已使用过一段时间的干电池)。(2)要测出不少于要测出不少于6组的组的(I，U)数据，且变化范围要大些，数据，且变化范围要大些，然后用方程组求解，并求平均值。然后用方程组求解，并求平均值。(3)画画UI图线时，由于读数的偶然误差，描出的点不在图线时，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，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。分抵消，从而提高精确度。(4)由于干电池的内阻较小，路端电压由于干电池的内阻较小，路端电压U的变化也较小，这的变化也较小，这时画时画UI图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根图线时，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据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标横坐标I必须从零开始必须从零开始)。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仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为纵轴的截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻。内阻。八、实验改进八、实验改进 测电源的电动势和内阻的其他几种方法测电源的电动势和内阻的其他几种方法(1)用一个电流表和电阻箱测量，电路如图实用一个电流表和电阻箱测量，电路如图实105所示，所示，测量原理为：测量原理为：EI1(R1r)，EI2(R2r)，由此可求出，由此可求出E和和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。图实图实105图实图实107 例例1用图实用图实108所示电路，测定一所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻电池的内阻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成短路，电路中用一个定值电阻R0起保起保 图实图实108护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：还有：(a)电流表电流表(量程量程0.6 A、3 A)；(b)电压表电压表(量程量程3 V、15 V)；(c)定值电阻定值电阻(阻值阻值1、额定功率、额定功率5 W)；(d)定值电阻定值电阻(阻值阻值10、额定功率、额定功率10 W)；(e)滑动变阻器滑动变阻器(阻值范围阻值范围010、额定电流、额定电流2 A)；(f)滑动变阻器滑动变阻器(阻值范围阻值范围0100、额定电流、额定电流1 A)。那么：那么：(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择要正确完成实验，电压表的量程应选择_V，电，电流表的量程应选择流表的量程应选择_A；R0应选择应选择_的定值的定值电阻，电阻，R应选择阻值范围是应选择阻值范围是_的滑动变阻器。的滑动变阻器。(2)引起该实验系统误差的主要原因是引起该实验系统误差的主要原因是_。解析解析由于一节干电池的电动势为由于一节干电池的电动势为1.5 V，故选量程为，故选量程为3 V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几欧左右，加上保护电阻，最大电流在欧左右，加上保护电阻，最大电流在0.5 A左右，所以选左右，所以选量程为量程为0.6 A的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取大几倍就好了，取010 能很好地控制电路中的电流和能很好地控制电路中的电流和电压，若取电压，若取0100 会出现开始几乎不变最后突然变化会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。的现象。系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，一般具有系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流倾向性，总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测测E真真，r测测r真真。答案答案(1)30.61010(2)由于电压表的分流作用造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电流小成电流表读数总是比电池实际输出电流小例例2在在“用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻”的实验中，提供的器材有：的实验中，提供的器材有：A干电池一节干电池一节B电流表电流表(量程量程0.6 A)C电压表电压表(量程量程3 V)D开关开关S和若干导线和若干导线E滑动变阻器滑动变阻器R1(最大阻值最大阻值20，允许最大电流，允许最大电流1 A)F滑动变阻器滑动变阻器R2(最大阻值最大阻值300，允许最大电流，允许最大电流0.5 A)G滑动变阻器滑动变阻器R3(最大阻值最大阻值1 000，允许最大电流，允许最大电流0.1 A)(1)按如图实按如图实109所示电路测量干电池的电动势和内阻，所示电路测量干电池的电动势和内阻，滑动变阻器应选滑动变阻器应选_(填写代号填写代号)。图实图实109为使测量尽可能精确，用笔画线代替导线将如图实为使测量尽可能精确，用笔画线代替导线将如图实1010所示的实物图连接成实验电路所示的实物图连接成实验电路(已连接了部分线已连接了部分线)，要，要求变阻器的滑片滑至最右端时，其使用电阻值最大。求变阻器的滑片滑至最右端时，其使用电阻值最大。图实图实1010(2)实验步骤：实验步骤：按实验要求连接好电路。闭合开关前把变阻器的滑片滑按实验要求连接好电路。闭合开关前把变阻器的滑片滑至一端，使接入电路的阻值最大；至一端，使接入电路的阻值最大；闭合开关，调节滑动变阻器，使闭合开关，调节滑动变阻器，使_的指针有明显的指针有明显偏转，读取偏转，读取_和和_的示数。用同样方法测量的示数。用同样方法测量多组数据；多组数据；断开开关，整理好器材；断开开关，整理好器材；数据处理。数据处理。(3)将实验测得的数据标在如图实将实验测得的数据标在如图实1011所示的坐标图所示的坐标图中，请作出中，请作出UI图线，由此求得待测电池的电动势图线，由此求得待测电池的电动势E_V，内电阻，内电阻r_。(结果保留三位有效数结果保留三位有效数字字)图实图实1011解析解析滑动变阻器不要选阻值过大的，因为阻值过大滑动变阻器不要选阻值过大的，因为阻值过大不便于调节，当然要保证电流不超过额定值，电流表量不便于调节，当然要保证电流不超过额定值，电流表量程为程为0.6 A，所以选，所以选R1；UI图线中，与纵轴的交点就是图线中，与纵轴的交点就是电动势，斜率就是内阻。电动势，斜率就是内阻。答案答案(1)E(或或R1)如图所示如图所示(2)电流表电流表电压表电流表电流表电压表(3)如图所示如图所示1.50(1.471.52均对均对)188(1.861.90均对均对)例例3某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻内阻，使用的器材还包括定值电阻(R05)一个，开关两一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图实个，导线若干，实验原理图如图实1012。(1)在图实在图实1013的实物图中，已正确连接了部分电路，的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接。请完成余下电路的连接。(2)请完成下列主要实验步骤：请完成下列主要实验步骤：检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图实检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图实1014所示，读得电阻值是所示，读得电阻值是_；将开关将开关S1闭合，开关闭合，开关S2断开，电压表的示数是断开，电压表的示数是1.49 V；将开关将开关S2_，电压表的示数是，电压表的示数是1.16 V；断开开关；断开开关S1。(3)使用测得的数据，计算出干电池的内阻是使用测得的数据，计算出干电池的内阻是_(计计算结果保留二位有效数字算结果保留二位有效数字)。(4)由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势 比实际值偏比实际值偏_(填填“大大”或或“小小”)。图实图实1012图实图实1013图实图实1014答案答案(1)如图所示如图所示(2)20 闭合闭合(3)0.69(4)小小