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1、实实验验创创新新设设计计训训练练高高效效提提能能考考点点核核心心突突破破基基础础要要点点整整合合实验九实验九 测定电源的电动势和内阻测定电源的电动势和内阻【实验目的】1掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法2学会用图象法求电动势和内阻【实验原理】1如图实1甲所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路欧姆定律求出几组E、r值，最后分别算出它们的平均值基础要点整合基础要点整合图实图实12用用图图象象法法来来处处理理数数据据，即即在在坐坐标标纸纸上上以以I为为横横坐坐标标，U为为纵纵坐坐标标，用用测测出出的的几几组组I、U值值画画出出UI图图象象，如如图图实实1乙
2、乙所所示示，直直线线跟跟纵纵轴轴交交点点即即为为电电动动势势的的值值，图线的斜率的绝对值即为内阻图线的斜率的绝对值即为内阻r的值的值【实验器材】电压表、电流表、滑动变阻器、干电池、开关、导线、坐标纸、铅笔【实验过程】1电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按图实1甲所示连接好电路2把滑动变阻器的滑片移动到左端，使有效电阻最大3闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据(I1，U1)用同样的方法测量几组I、U数据，将记录的数据填入表格中【误差分析误差分析】1偶然误差偶然误差(1)(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)(2)用用图图象象法法求
3、求E E和和r r时时，由由于于作作图图不不准准确确造造成成的的误误差差(3)(3)测测量量过过程程中中通通电电时时间间过过长长或或电电流流过过大大，都都会会引引起起E E、r 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)如如图图实实1甲甲所所示示，在在理理论论上上EU(IVIA)r，其其中中电电压压表表示示数数U是是准准确确的的电电源源两两端端电电压压而而实实验验中中忽忽略略了了通通过过电电压压表表的的电电流流IV而而形形成成误误差差，而而且且电电压压表表示示数数越越大大，IV越越大大当当电电压压表表示示数数为为零零时时，IV
4、0，IAI短短，短短路路电电流流测测量量值值真真实实值值如如图图实实2所所示示，可知可知E测测E真真，r测测r真真图实图实2(2)若若采采用用如如图图实实3甲甲所所示示的的电电路路，IA为为电电源源电电流流真真实实值值，理理论论上上有有EUUAIAr，其其中中UA不不可可知知而而造造成成误误差差，而而且且电电流流表表示示数数越越大大，UA越越大大当当电电流流为为零零时时，UA0，电电压压为为准准确确值值，等等于于E，如如图图实实3乙所示，可知乙所示，可知E测测E真真，r测测r真真图实图实3【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1号干电池)2干电池在
5、大电流放电时，电动势会明显下降，内电阻会明显增大，因此在实验中不要将电流I调得过大，读数要快，每次读完立即断电3在画UI 图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑4干干电电池池内内阻阻较较小小时时路路端端电电压压U的的变变化化也也较较小小，即即不不会会比比电电动动势势小小很很多多，这这时时，在在画画UI图图线线时时，纵纵轴轴的的刻刻度度可可以以不不从从零零开开始始，而而是是根根据据测测得得的的数数据据从从某某一一恰恰当当值值开开始始(横横坐坐标标 I I必必须须从从零零开开始始)但但这这时时图图线线和和横横轴轴的的交交点点不不再再是是短
6、短路路电电流流Im，不不过过斜斜率率的的绝绝对对值值仍仍是是电源的内电阻电源的内电阻在在“用用电电流流表表和和电电压压表表测测电电池池的的电电动动势势和和内内电电阻阻”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0.6A)C电压表电压表(量程量程3V)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1A)考点核心突破考点核心突破考点一实验原理与操作考点一实验原理与操作F滑滑动动变变阻阻器器R2(最最大大阻阻值值300，允允许许最最大大电电流流0.5A)G滑滑动动变变阻阻器器R3(最最大
7、大阻阻值值1000，允允许许最最大大电电流流0.1A)(1)按按如如图图实实4所所示示电电路路测测量量干干电电池池的的电电动动势势和和内阻，滑动变阻器应选内阻，滑动变阻器应选_(填写代号填写代号)图实图实4为为使使测测量量尽尽可可能能精精确确，用用笔笔画画线线代代替替导导线线将将如如图图实实5所所示示的的实实物物图图连连接接成成实实验验电电路路(已已连连接接了了部部分分线线)，要要求求变变阻阻器器的的滑滑动动触触头头滑滑至至最最右右端端时时，其其使使用用电电阻值最大阻值最大图实图实5(2)实验步骤：实验步骤：按按实实验验要要求求连连接接好好电电路路闭闭合合开开关关前前把把变变阻阻器器的的滑片滑
8、至一端，使接入电路的阻值最大；滑片滑至一端，使接入电路的阻值最大；闭闭合合开开关关，调调节节滑滑动动变变阻阻器器，使使_的的指指针针有有明明显显偏偏转转，读读取取_和和_的的示示数数用用同同样方法测量多组数据；样方法测量多组数据；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)将将实实验验测测得得的的数数据据标标在在如如图图实实6所所示示的的坐坐标标图图中中，请请作作出出UI图图线线，由由此此求求得得待待测测电电池池的的电电动动势势E_V，内内电电阻阻r_.(结结果果保保留留三三位位有有效数字效数字)图实图实6解析滑动变阻器不要选阻值过大的，因为阻值过大不便于调节，要保证电流
9、不超过额定值，电流表量程为0.6 A，所以滑动变阻器选R1；UI图线中，与纵轴的交点就是电动势，斜率就是内阻答案(1)E(或R1)如图所示(2)电流表电流表电流表电流表电压表电压表(3)如下图所示如下图所示1.50(1.471.52均对均对)188(1.861.90均对均对) (2014保定统考)用电流表和电压表测一节干电池的电动势和内阻(电动势约为1.5 V，内阻为1 以下)除给出的电池、导线和开关外，还有以下器材可供选择：A直流电流表(00.6 A3 A)；B直流电流表(量程为5 A)；C直流电压表(03 V15 V)；D直流电压表(量程为2 V)；考点二实验数据的处理考点二实验数据的处理
10、E滑滑动动变变阻阻器器(阻阻值值范范围围为为020，额额定定电电流流为为2A)；F滑滑动动变变阻阻器器(阻阻值值范范围围为为01000，额额定定电电流流为为0.1A)(1)为为了了得得到到尽尽可可能能好好的的实实验验效效果果，实实验验中中电电流流表表应应选选_，电电压压表表应应选选_，滑滑动动变变阻阻器器应应选选_请你画出实验电路的原理图请你画出实验电路的原理图(填器材前的字母序号填器材前的字母序号)(2)实实验验中中测测得得数数据据如如下下表表所所示示，请请在在图图实实7中中作作出出UI图图线线根根据据图图线线可可知知：电电池池的的电电动动势势E_V，内阻，内阻r_.图实图实7U/V1.37
11、1.321.241.181.101.05I/A0.120.200.310.320.500.57(3)若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，可利用公式EU1I1r和EU2I2r算出E和r，这样做可能得出误差较大的数值则选用第_组和第_组数据，求出的E和r误差最大解析(1)电源的电动势为1.5 V，电压表选量程为2 V的D；实验中通过电池的电流不能太大，电流表选00.6 A即可，故选A；滑动变阻器选20 的即可起到调节的作用电流表的内阻未知，且电源的内阻较小，故电路设计如图所示(2)描点作图如图所示，图线是一条斜直线其中第4组读数对应点的偶然误差过大，作直线时应剔除同时为使直线布列合理，使纵坐
12、标从1.00 V开始记刻度由图象得：E1.45 V(0.02 V)，r0.70 (0.03 )(3)利用两组数据解方程组EU1I1r和EU2I2r求得E、r，就等效于在坐标系中选用(U1，I1)、(U2，I2)作UI图象求得E、r.故知选用第3组和第4组数据解出的E、r的误差最大答案(1)ADE电路图见解析(2)UI图线见解析1.45(0.02)0.70(0.03)(3)34一、实验方案的创新一、实验方案的创新图实图实8本本实实验验也也可可利利用用一一只只电电流流表表和和一一个个电电阻阻箱箱进进行行测测量量或利用一只电压表和一个电阻箱进行测量或利用一只电压表和一个电阻箱进行测量实验创新设计实验
13、创新设计1用用一一个个电电流流表表和和电电阻阻箱箱测测量量，电电路路如如图图实实8所所示示，测测量量原原理理为为：EI1(R1r)，EI2(R2r)，由由此此可可求求出出E和和r，此此种种方方法法使使测测得得的的电电动动势势无无偏偏差差，但但内阻偏大内阻偏大图实图实9 (2014中山模拟)小明要测定一电源的电动势E和内电阻r，实验器材有：一只DIS电流传感器(可视为理想电流表，测得的电流用I表示)，一只电阻箱(阻值用R表示)，一只开关和导线若干该同学设计了如图10甲所示的电路进行实验和采集数据丙丙图实图实10答案答案(1)EI(Rr)(2)最大值最大值25(3)6.0(5.86.2均可均可)2
14、.4(2.32.5均可均可)二、实验原理的迁移运用 (2014东北三校联考)某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻，考虑到水果电池组的内阻较大，为了提高实验的精确度，需要测量电压表的内阻实验中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表，该同学便充分利用这块电压表，设计了如图实11所示的实验电路，既能实现对该电压表的内阻的测量，又能利用该表完成水果电池组电动势和内阻的测量他用到的实验器材有：待待测测水水果果电电池池组组(电电动动势势约约4V，内内阻阻约约50)、双双向向电电压压表表(量量程程为为2V，内内阻阻约约为为2k)、电电阻阻箱箱(09999)、滑滑动动变变阻阻器器(0200)，一
15、一个个单单刀刀双双掷掷开开关关及及若若干导线干导线图实图实11(1)该该同同学学按按如如图图实实11所所示示电电路路图图连连线线后后，首首先先测测出出了了电电压压表表的的内内阻阻请请完完善善测测量量电电压压表表内内阻阻的的实实验验步步骤骤：将将R1的的滑滑动动触触片片滑滑至至最最左左端端，将将S拨拨向向1位位置置，将电阻箱阻值调为将电阻箱阻值调为0；调节调节R1的滑动触片，使电压表示数达到满偏；的滑动触片，使电压表示数达到满偏；保保持持_不不变变，调调节节R2，使使电电压压表表的的示示数数达达到到_；读读出出电电阻阻箱箱的的阻阻值值，记记为为R2，则则电电压压表表的的内内阻阻RV_(2)若若测
16、测得得电电压压表表内内阻阻为为2k，可可分分析析此此测测量量值值应应_真实值真实值(填填“大于大于”、“等于等于”或或“小于小于”)(3)接下来测量电源电动势和内阻，实验步骤如下：接下来测量电源电动势和内阻，实验步骤如下：将将开开关关S拨拨至至_(填填“1”或或“2”)位位置置，将将R1的的滑动触片移到最滑动触片移到最_端，不再移动；端，不再移动；调调节节电电阻阻箱箱的的阻阻值值，使使电电压压表表的的示示数数达达到到一一个个合合适值，记录下电压表的示数和电阻箱的阻值；适值，记录下电压表的示数和电阻箱的阻值；重重复复第第二二步步，记记录录多多组组电电压压表表的的示示数数及及对对应应的的电电阻箱的阻值阻箱的阻值图实图实12解析(1)由题图可知，当S拨向1位置，滑动变阻器R1在电路中为分压式接法，利用电压表的半偏法得：调节R1使电压表满偏，保持R1不变，R2与电压表串联，调节R2使电压表的示数达到半偏(或最大值的一半)，电压表的内阻R1与电阻箱示数R2相同(2)由闭合电路欧姆定律可知，调节R2变大使电压表达到半偏的过程中，总电阻值变大，干路总电流变小，由EIrU外得：U外变大，由电路知：U外U并U右，变阻器的滑动触片右侧电压U右IR右变小，则U并变大，电压表半偏时，R2上的电压就会大于电压表上的电压，那么R2的阻值就会大于电压表的阻值(3)测电源的
