《2014年物理《复习方略》课件（鲁科版）选修3-1第七章实验九测定电源的电动势和内阻》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2014年物理《复习方略》课件（鲁科版）选修3-1第七章实验九测定电源的电动势和内阻（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验九 测定电源的电动势和内阻 【实验目的实验目的】1.1.测定电源的电动势和内阻。测定电源的电动势和内阻。2.2.掌握用图像法求电动势和内阻。掌握用图像法求电动势和内阻。【实验原理实验原理】1.1.实验依据闭合电路欧姆定律。实验依据闭合电路欧姆定律。2.2.实验电路：如图实验电路：如图3.E3.E和和r r的求解：由的求解：由U=E-U=E-IrIr得：得： 解得：解得：4.4.作图法处理数据，如图所示作图法处理数据，如图所示(1)(1)图线与纵轴交点为图线与纵轴交点为E E。(2)(2)图线与横轴交点为图线与横轴交点为(3)(3)图线的斜率绝对值表示图线的斜率绝对值表示【实验器材实验器材】
2、电池电池( (被测电源被测电源) )、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔。导线、坐标纸、铅笔。【实验过程实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1.1.电流表用电流表用0.6 A0.6 A量程，电压表用量程，电压表用3 V3 V量程，按实验电路图连接好电路。量程，按实验电路图连接好电路。2.2.把变阻器的滑片移动到使阻值把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端。最大的一端。3.3.闭合开关，调节变阻器，使电闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数流表有明显示数并记录一组数据据(I(I1 1，U U1 1) )。用同样方法测量几组。用同样方法
3、测量几组I I、U U值。填入表格中。值。填入表格中。4.4.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。锦囊妙诀：锦囊妙诀：滑动变阻为外滑动变阻为外电阻，列表记录两表读数，电阻，列表记录两表读数，电压变化便于作图，电压变化便于作图，U U轴轴起点要看清楚，求解起点要看清楚，求解E E、r r要用要用U -IU -I图。图。二、数据处理二、数据处理1.1.数据记录数据记录设计表格，将测得的几组设计表格，将测得的几组U U、I I值填入表格中。值填入表格中。第第1 1组组 第第2 2组组 第第3 3组组 第第4 4组组 第第5 5组组 第第6 6组组 U/VU/V I/AI/
4、A2.2.数据处理数据处理方法一：列方程组求解电动势和内阻的大小方法一：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根据以上三组方程分别求出E E、r r，再取其平均值作为电源的，再取其平均值作为电源的电动势电动势E E和内阻和内阻r r。方法二：用图像法处理数据方法二：用图像法处理数据在坐标纸上以路端电压在坐标纸上以路端电压U U为纵轴、干路电流为纵轴、干路电流I I为横轴建立为横轴建立U -IU -I坐坐标系，在坐标平面内描出各组标系，在坐标平面内描出各组(I(I，U)U)值所对应的点，然后尽量值所对应的点，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多地通过
5、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小( (一次函数的纵轴截距一次函数的纵轴截距) )，直线斜率的绝对值即为电池的内阻，直线斜率的绝对值即为电池的内阻r r，即，即【误差分析误差分析】1.1.偶然误差偶然误差(1)(1)读数不准引起误差。读数不准引起误差。(2)(2)用图像法求用图像法求E E和和r r时，由于作图不准确造成误差。时，由于作图不准确造成误差。2.2.系统误差系统误差(1)(1)若采用甲图，若采用甲图，其其U-IU-I图像如乙图所图像如乙图所示。由于电压表的分示
6、。由于电压表的分流作用造成误差。流作用造成误差。结论：结论：E E测测EE真真。r r测测rrr真真。【注意事项注意事项】1.1.为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应大些为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应大些( (选用选用已使用过一段时间的干电池已使用过一段时间的干电池) )。2.2.要测出不少于要测出不少于6 6组的组的(I(I，U)U)数据，且变化范围要大些，然后数据，且变化范围要大些，然后用方程组求解，并求平均值。用方程组求解，并求平均值。3.3.为了使所画直线的斜率不太小，为了使所画直线的斜率不太小，U-IU-I图线纵轴刻度可以不从图线纵轴刻度可以不从零开始，但要注意此时
7、图线和横轴的交点不再是短路电流，电零开始，但要注意此时图线和横轴的交点不再是短路电流，电源的内阻不能用源的内阻不能用 确定。应根据确定。应根据 确定。确定。【实验改进实验改进】以上测量方法一般称为伏安法以上测量方法一般称为伏安法, ,还可以用两只电压表测量电源还可以用两只电压表测量电源的电动势和内阻，电路如图所示。的电动势和内阻，电路如图所示。当开关当开关S S接接1 1时，电压表时，电压表 ( (其内阻其内阻为为R R1 1) )示数为示数为U U0 0，当开关，当开关S S接接2 2时，电时，电压表压表 、 的示数为的示数为U U1 1、U U2 2，由欧姆，由欧姆定律得定律得解得解得该测
8、量方法与原测量方法相比该测量方法与原测量方法相比优点：无系统误差。优点：无系统误差。缺点：缺点：(1)(1)需提前知道需提前知道 的内阻；的内阻；(2)(2)无法多次测量。无法多次测量。热点热点 1 1 对实验原理、数据处理的考查对实验原理、数据处理的考查【典例典例1 1】(2012(2012福建高考福建高考) )某研究性学习小组欲测定一块电某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势池的电动势E E。(1)(1)先直接用多用电表测定该电池电动势。在操作无误的情况先直接用多用电表测定该电池电动势。在操作无误的情况下下, ,多用电表表盘示数如图多用电表表盘示数如图, ,其示数为其示数为 V V。(2)
9、(2)然后然后, ,用电压表用电压表 、电阻箱、电阻箱R R、定值电阻、定值电阻R R0 0、开关、开关S S、若干导、若干导线和该电池组成电路线和该电池组成电路, ,测定该电池电动势。测定该电池电动势。()()根据电路图根据电路图, ,用笔画线代替导线用笔画线代替导线, ,将实物图连接成完整电路。将实物图连接成完整电路。()()闭合开关闭合开关S,S,调整电阻箱阻调整电阻箱阻值值R,R,读出电压表读出电压表 相应示数相应示数U U。该学习小组测出大量数据该学习小组测出大量数据, ,分分析筛选出下表所示的析筛选出下表所示的R R、U U数据数据, ,并计算出相应的并计算出相应的 与与 的值。的
10、值。请用表中数据在坐标纸上描点请用表中数据在坐标纸上描点, ,并作出并作出 图线。图线。R/R/ 166.7166.7 71.471.4 50.050.0 33.333.3 25.025.0 20.020.0 U/V U/V 8.38.3 5.9 5.9 4.8 4.8 4.2 4.2 3.2 3.2 2.9 2.9 0.60 0.60 1.40 1.40 2.00 2.00 3.00 3.00 4.00 4.00 5.00 5.00 0.12 0.12 0.17 0.17 0.21 0.21 0.24 0.24 0.31 0.31 0.35 0.35 ()()从图线中可求得从图线中可求得E=
11、E= V V。【标准解答标准解答】(1)(1)选择中间标尺，选择中间标尺，10 V10 V量程最小刻度为量程最小刻度为0.2 V,0.2 V,因此示数为因此示数为(2)()(2)()依电路图连接实物图如图所示依电路图连接实物图如图所示 ()()据表格数据描点所作图像如图所示据表格数据描点所作图像如图所示 ()()据闭合电路欧姆定律据闭合电路欧姆定律 得得因此据图像纵坐标读数的倒数得因此据图像纵坐标读数的倒数得E=10.0 V(9.5E=10.0 V(9.511.1 V11.1 V均可均可) )。答案：答案：(1)9.4 (2)()(1)9.4 (2)()实物连线见标准解答实物连线见标准解答()
12、()图线见标准解答图线见标准解答 ()10.0 (9.5()10.0 (9.511.111.1均可均可) )热点热点 2 2 利用电阻箱和电流表测量电源的电动势和内电阻利用电阻箱和电流表测量电源的电动势和内电阻【典例典例2 2】(2013(2013中山模拟中山模拟) )小明要测定一电源的电动势小明要测定一电源的电动势E E和和内电阻内电阻r r，实验器材有：一只，实验器材有：一只DISDIS电流传感器电流传感器( (可视为理想电流可视为理想电流表，测得的电流用表，测得的电流用I I表示表示) )，一只电阻箱，一只电阻箱( (阻值用阻值用R R表示表示) )，一只，一只开关和导线若干。该同学设计
13、了如图甲所示的电路进行实验和开关和导线若干。该同学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集数据。采集数据。(1)(1)小明设计该实验的原理表达式是小明设计该实验的原理表达式是 ( (用用E E、r r、I I、R R表表示示) )；(2)(2)小明在闭合开关之前，应先将电阻箱阻值调至小明在闭合开关之前，应先将电阻箱阻值调至 ( (选填选填“最大值最大值”“”“最小值最小值”或或“任意值任意值”) )，在实验过程中，将电阻箱调至图乙所示位置，则此时电阻箱接在实验过程中，将电阻箱调至图乙所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为入电路的阻值为 ；(3)(3)小明根据实验采集到的数据作出如图丙所示的小明根据
14、实验采集到的数据作出如图丙所示的 图像，图像，则由图像求得该电源的电动势则由图像求得该电源的电动势E=E= V V，内阻，内阻r=r= 。( (结果均保留两位有效数字结果均保留两位有效数字) )【标准解答标准解答】(1)(1)在闭合电路中，在闭合电路中，E E、I I、R R、r r几个量之间的关几个量之间的关系是系是E=E=I(R+rI(R+r) )。(2)(2)为了整个电路的安全，开始电流要小，即电阻箱电阻调到为了整个电路的安全，开始电流要小，即电阻箱电阻调到最大值；题图乙电阻箱读数为最大值；题图乙电阻箱读数为25 25 。(3)(3)根据根据E=E=I(R+rI(R+r) )，推出推出再
15、结合再结合 图像可知：图像可知：图线的斜率为图线的斜率为截距为截距为解得解得E=6.0 V(5.8E=6.0 V(5.86.26.2均可均可) )，r=2.4 (2.3r=2.4 (2.32.52.5均可均可) )。答案：答案：(1)E=(1)E=I(R+rI(R+r) (2) (2)最大值最大值 2525(3)6.0(5.8(3)6.0(5.86.26.2均可均可) 2.4(2.3) 2.4(2.32.52.5均可均可) )【双基题组双基题组】1.(20131.(2013福州模拟福州模拟) )某同学用某同学用电压表、电流表测量一节干电电压表、电流表测量一节干电池的电动势和内阻，采用的电池的电
16、动势和内阻，采用的电路图如图所示，实验操作正确，路图如图所示，实验操作正确，他记录了七组他记录了七组(U(U，I)I)数据，关于数据的处理，下列操作正确数据，关于数据的处理，下列操作正确的是的是( )( )A.A.电压表的读数电压表的读数U U的平均值等于电动势的平均值等于电动势E EB.B.任意取两组数据，代入方程任意取两组数据，代入方程E=UE=U1 1+I+I1 1r r，求出，求出E E、r rC.C.画出画出U-IU-I图像，由图像求图像，由图像求E E、r rD.D.以上说法都正确以上说法都正确【解析解析】选选C C。电压表测的是外电路两端的电压，不等于电动。电压表测的是外电路两端
17、的电压，不等于电动势，势，A A错误；测量的偶然误差很大，错误；测量的偶然误差很大，B B错误；画出错误；画出U-IU-I图像，这图像，这七组数据对应的点不一定都在一条直线上，作七组数据对应的点不一定都在一条直线上，作U-IU-I图像时，舍图像时，舍去误差较大的点，故由图像法求去误差较大的点，故由图像法求E E、r r可减小偶然误差，故正可减小偶然误差，故正确操作应为确操作应为C C。2.(20132.(2013中山模拟中山模拟) )某实验小组利用如图所示电路测定一节某实验小组利用如图所示电路测定一节电池的电动势和内电阻，备有下列器材：电池的电动势和内电阻，备有下列器材：待测电池，电动势约为待
18、测电池，电动势约为1.5 V(1.5 V(小于小于1.5 V)1.5 V)电流表，量程电流表，量程3 3 mAmA电流表，量程电流表，量程0.6 A0.6 A电压表，量程电压表，量程1.5 V1.5 V电压表，量程电压表，量程3 V3 V滑动变阻器，滑动变阻器，0 020 20 开关一个，导线若干开关一个，导线若干(1)(1)请选择实验中需要的器材请选择实验中需要的器材 ( (填标号填标号) )。(2)(2)按电路图将实物按电路图将实物( (如图甲所示如图甲所示) )连接起来。连接起来。(3)(3)小组由实验数据作出的小组由实验数据作出的U-IU-I图像如图乙所示，由图像可求得图像如图乙所示，
19、由图像可求得电源电动势为电源电动势为 V V，内电阻为，内电阻为 。【解析解析】(1)(1)根据本实验的原理以及特点，根据本实验的原理以及特点，所选器材是所选器材是；(2)(2)根据电路图连接实物图时，一定要看清电路的结构，根据电路图连接实物图时，一定要看清电路的结构，滑动变阻器的接线柱所在的位置，注意导线不能交叉；滑动变阻器的接线柱所在的位置，注意导线不能交叉；(3)(3)电源的电动势是纵轴截距电源的电动势是纵轴截距1.45 V1.45 V，内电阻，内电阻答案：答案：(1)(1)(2)(2)如图所示如图所示(3)1.45 2.9(3)1.45 2.93.(20133.(2013珠海模拟珠海模
20、拟) )如图所示，在如图所示，在“测定电源的电动势和内电测定电源的电动势和内电阻阻”的实验中：的实验中：(1)(1)请你不改动已接导线，在图甲中把还需要连接的导线补上。请你不改动已接导线，在图甲中把还需要连接的导线补上。(2)(2)闭合开关前，应使滑动变阻器滑片处在闭合开关前，应使滑动变阻器滑片处在_位置上。位置上。(3)(3)测得该电源的伏安特性曲线如图乙所示，则纵坐标表示的测得该电源的伏安特性曲线如图乙所示，则纵坐标表示的是该电路的是该电路的 电压，该电源的电动势为电压，该电源的电动势为 V V，内电阻，内电阻为为 。【解析解析】(1)(1)电压表测路端电压，滑动变阻器采用限流接法，电压表
21、测路端电压，滑动变阻器采用限流接法，开关控制整个电路。实物图如图所示。开关控制整个电路。实物图如图所示。(2)(2)闭合开关前，为安全起见，滑动变阻器滑片应处在阻值最闭合开关前，为安全起见，滑动变阻器滑片应处在阻值最大端。大端。(3)(3)在在U-IU-I图像上，纵坐标表示电源的路端电压。该图像与纵轴图像上，纵坐标表示电源的路端电压。该图像与纵轴的交点表示电源电动势，故的交点表示电源电动势，故E=1.8 VE=1.8 V，斜率的绝对值表示电源，斜率的绝对值表示电源内阻的大小。内阻的大小。故故答案：答案：(1)(1)见解析图见解析图 (2)(2)阻值最大阻值最大 (3)(3)路端路端 1.8 2
22、1.8 2【高考题组高考题组】4.(20124.(2012重庆高考重庆高考) )某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势动势E E和内阻和内阻r r，并探究电极间距对，并探究电极间距对E E和和r r的影响。的影响。实验器材如图所示。实验器材如图所示。(1)(1)测量测量E E和和r r的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压的电压U U和流过电源的电流和流过电源的电流I I，依据公式，依据公式 ，利用
23、测量数据，利用测量数据作出作出U-IU-I图像，得出图像，得出E E和和r r。(2)(2)将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在题图中用笔画线代替导线连接电路。果的影响，请在题图中用笔画线代替导线连接电路。(3)(3)实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的池的U-IU-I图像如图中图像如图中(a)(a)、(b)(b)、(c)(c)、(d)(d)所示，由此可知：所示，由此可知：在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势在该实验中，随电极间距的减小，电源电动
24、势 ( (选填选填“增大增大”“”“减小减小”或或“不变不变”) )。电源内阻。电源内阻 ( (选填选填“增增大大”“”“减小减小”或或“不变不变”) )。曲线曲线(c)(c)对应的电源电动势对应的电源电动势E=E= V V，内阻，内阻r=r= ，当外电路总电阻为当外电路总电阻为2 500 2 500 时，该电源的输出功率时，该电源的输出功率P=_P=_mWmW。( (均保留三位有效数字均保留三位有效数字) )【解析】【解析】(1)(1)根据闭合电路的欧姆定律可知，电源路端电压根据闭合电路的欧姆定律可知，电源路端电压U U、电源电动势电源电动势E E、电流以及内电阻、电流以及内电阻r r这几个
25、物理量之间的关系是这几个物理量之间的关系是U=E-U=E-IrIr。(2)(2)为了避免电流的分压作用，电流表应该相对电源外接，也为了避免电流的分压作用，电流表应该相对电源外接，也就是说，电压表要并联在电源两端。就是说，电压表要并联在电源两端。(3)U-I(3)U-I图像纵轴截距表示电源电动势，从图像上看，纵轴截图像纵轴截距表示电源电动势，从图像上看，纵轴截距没有变化，因此电源的电动势不变。距没有变化，因此电源的电动势不变。(a)(a)、(b)(b)、(c)(c)、(d)(d)的斜率依次增大，所以电源内电阻增大。对于图线的斜率依次增大，所以电源内电阻增大。对于图线(c)(c)，因为，因为U=E
26、-U=E-IrIr，纵轴截距为，纵轴截距为0.975 V0.975 V，在，在(c)(c)上取两点，斜率上取两点，斜率=478 ,=478 ,所以电源电动势为所以电源电动势为0.975 V0.975 V，内电阻为，内电阻为478 478 。外电阻外电阻R=2 500 R=2 500 时，电路电流时，电路电流 电源输出功率电源输出功率P=IP=I2 2R=0.327R=0.3272 22 500 2 500 1010-6-6 W= W=0.268 0.268 mWmW。 答案：答案： (1)U=E-(1)U=E-IrIr (2) (2)如图如图(3) (3) 不变不变 增大增大 0.975 47
27、8 0.2680.975 478 0.2685.(20105.(2010上海高考上海高考) )某同学利用某同学利用DISDIS、定值电阻、定值电阻R R0 0、电阻箱、电阻箱R R1 1等实验器材测量电池等实验器材测量电池a a的电动势和内阻，实验装置如图所示，的电动势和内阻，实验装置如图所示，实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R R，用电压传感器测得路端电压用电压传感器测得路端电压U U，并在计算机上显示出如图所示，并在计算机上显示出如图所示的的 关系图线关系图线a a，重复上述实验方法测量电池，重复上述实验方法测量电池b b
28、的电动势的电动势和内阻，得到图中的图线和内阻，得到图中的图线b b。 (1)(1)由图线由图线a a可知电池可知电池a a的电动势的电动势E Ea a= = V V，内阻，内阻r ra a= = 。(2)(2)若用同一个电阻若用同一个电阻R R先后与电池先后与电池a a及电池及电池b b连接，则两电池的输连接，则两电池的输出功率出功率P Pa a P Pb b，两电池的效率，两电池的效率a a b b。( (以上两空均以上两空均选填选填“大于大于”“”“等于等于”或或“小于小于”) )【解析解析】(1)(1)根据根据 得得 图像图像a a的纵截距的纵截距为为0.5( )0.5( )，斜率为，斜
29、率为0.25( )0.25( )，所以电动势，所以电动势E Ea a=2 V=2 V，内阻，内阻r ra a= =0.5 0.5 。(2)(2)当同一电阻当同一电阻R R分别与分别与a a、b b电池连接时，由图像知电池连接时，由图像知U Ua aU Ub b, ,由电池的输出功率由电池的输出功率 可得可得,P,Pa aP Pb b, ,当当 时时, ,即即 解得解得 由图像延长线与横轴交点可知由图像延长线与横轴交点可知r ra ar rb b，电池的效率，电池的效率 得得a a大于大于b b. .答案：答案：(1)2 0.5 (1)2 0.5 (2)(2)小于小于 大于大于6.(20106.
30、(2010广东高考广东高考) )某同学利用电压表和电阻箱测定干电池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的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻(R(R0 0=5 )=5 )一一个，开关两个，导线若干，实验原理如图甲。个，开关两个，导线若干，实验原理如图甲。(1)(1)在图乙的实物图中在图乙的实物图中, ,已正确连接了部分电路，请完成余下电已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接。路的连接。(2)(2)请完成下列主要实验步骤：请完成下列主要实验步骤：A.A.检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图丙所检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图丙所
31、示，读得电阻值是示，读得电阻值是 ；B.B.将开关将开关S S1 1闭合，开关闭合，开关S S2 2断开，电压表的示数是断开，电压表的示数是1.49 V1.49 V；C.C.将开关将开关S S2 2 ，电压表的示数是，电压表的示数是1.16 V;1.16 V;断开开关断开开关S S1 1。(3)(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 ( (计算结果计算结果保留两位有效数字保留两位有效数字) )。(4)(4)由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实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际值偏 ( (选填选填“大大”或或“小小”)
32、 )。【解析解析】(1)(1)连线如图所示连线如图所示(2)(2)电阻箱读数为电阻箱读数为20 ;20 ;闭合闭合S S2 2后电阻箱才工作后电阻箱才工作(3)S(3)S1 1闭合、闭合、S S2 2断开时：断开时：R RV V很大，可得：很大，可得：E=UE=U1 1S S1 1、S S2 2都闭合时：都闭合时：代入数据得：代入数据得： 故故r0.69 r0.69 (4)(4)由于电压表不是理想电压表，当由于电压表不是理想电压表，当S S1 1闭合、闭合、S S2 2断开时，电压表断开时，电压表的示数略小于电源的电动势。的示数略小于电源的电动势。答案：答案：(1)(1)实物连线图见解析实物连线图见解析 (2)20 (2)20 闭合闭合 (3)0.69 (4)(3)0.69 (4)小小
