江苏省高考物理第七章恒定电流实验八测量电源的电动势和内阻讲义（含解析）.docx

实验八测量电源的电动势和内阻1实验目的测量电源的电动势和内阻2实验原理(1)用电压表、电流表、可变电阻(如滑动变阻器)测量测出两组U、I值，就能算出电动势和内阻图1原理公式：EUIr.图1甲适合测量内阻较小的电池；图乙适合测量内阻较大的电池(如水果电池)(2)用电流表、电阻箱测量如图2甲所示，测出两组I、R值，就能算出电动势和内阻图2原理公式：EI(Rr)(3)用电压表、电阻箱测量如图乙所示，测出两组U、R值，就能算出电动势和内阻原理公式：EUr.3实验器材电池(待测电源)，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，导线，坐标纸4实验步骤(1)确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好(2)把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端(3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组电压、电流值(4)断开开关，整理好器材(5)在坐标纸上作UI图线，求出E、r.5数据处理(1)公式法：原则上，利用两组U、I数据，根据公式EUIr，便可得到E、r，但这样误差较大，为减小误差，可测多次求平均值(2)图象法：将多组U、I数据描在坐标纸上，利用图线求解电动势和内阻图线的纵坐标是路端电压，横坐标是干路电流，根据UEIr，图线是倾斜的直线电阻的伏安特性曲线中，U与I成正比，前提是R保持不变，而这里的UI图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R的变化，导致I和U的变化实验中至少得到5组以上实验数据，画在坐标纸上拟合出一条直线要使多数点落在直线上，且分布在直线两侧的点个数大致相等，个别偏离太远的点应舍去将图线延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就等于电动势横轴截距点(路端电压U0)意味着短路情况，它的数值就等于短路电流特别提醒(1)两个截距点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推得到的(2)由于r一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r时选取直线上相距较远的两点求得6注意事项(1)实验电路图：一般电源内阻较小，电流表和滑动变阻器串联后与电压表并联(2)电流表一般选00.6A挡，电压表一般选03V挡(3)电流不能过大，一般小于0.5A.(4)由于电池内阻一般较小，为使电压表读数有明显变化，可采用内阻较大的旧电池，或给电池串联一个定值电阻R0，测出等效内阻后再减掉R0即可命题点一教材原型实验例1(2018扬州市一模)利用如图3所示的实验装置测量两节干电池组成的电源的电动势和内电阻图3(1)请在图中用笔画线代替导线完成电路连接(2)在实验操作正确的情况下测得数据记录在下表中，请在图4中作出UI图象.U/V2.942.862.812.762.712.62I/A0.060.120.180.240.300.38图4(3)根据UI图象，可得该电池组的电动势E_V，内电阻r_.(结果均保留两位有效数字)(4)本实验存在系统误差，原因是_(选填“电压表分流”或“电流表分压”前面的序号)，由此造成电源内阻测量值_(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值答案(1)见解析图(2)见解析图(3)3.01.0(4)小于解析(1)测电源的电动势和内电阻，电流表应相对电源外接，实物连接图如图甲所示：(2)在UI坐标系内，描点连线，如图乙所示：(3)由UEIr可知，图象在纵轴的截距等于电源电动势，斜率的绝对值等于内阻故E3.0V，r1.0.(4)本实验存在系统误差，原因是电压表分流，使得电流表示数小于干路电流；外电路短路时，电压表分流为零，实际电流等于电流表电流，电压越大，电压表分流越多，实际电流大于电流表电流越多，图象斜率的绝对值将越大，因此电源内阻测量值小于真实值变式(2018苏锡常镇一调)在“测电源电动势和内阻”的实验中，某实验小组同学根据图5甲电路进行测量实验图5(1)根据图甲电路，在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接(2)实验小组同学操作正确，记录下几组电压表和电流表的示数，并在坐标系内作出电压表示数U和对应的电流表示数I的图象，如图6(a)所示由图象可测得E测和r测，则E测_E真，r测_r真(均选填“”“”或“”)图6(3)为了减小系统误差，同学们又根据图(b)电路进行测量同样作出UI图象，如图(c)所示经过讨论发现，利用图(a)和图(c)可以消除系统误差得出电源的电动势和内阻的真实值，则E真_，r真_.答案(1)见解析图(2)(3)UB解析(1)测量电源的电动势和内阻时，电流表采用内接法，滑动变阻器采用限流式接法，实物连线如图：(2)当采用电流表内接法时，误差原因为电压表分流导致电流表测量的总电流偏小，可把电压表与电源看成一个等效电源，根据闭合电路欧姆定律可知E测E真，r测r真，即电动势和内阻的测量值均小于真实值(3)当采用电流表外接法时，误差原因为电流表分压导致电压表测量外电压偏小，可把电流表与电源看成一个等效电源，E测E真，r测r真RAr真，综合两种接法的误差可知电流表的外接法电动势是准确的，E真UB，而电流表内接法时若电压表示数为零，代表外电路短路，由题图(a)可知真实的短路电流为IA，可得r真.命题点二实验的拓展与创新伏阻法安阻法EUrEIRIr由解得E、r由解得E、rR电压表的分流E测E真r测r真例2(2018南京市三模)利用电压表和电阻箱可以测量电池的电动势和内电阻，某同学找到了如下的器材：电池组(电动势约为6.0V，内阻约为1)，灵敏电流计G(满偏电流Ig100A，内阻Rg100)，定值电阻R1(R11)，定值电阻R2(R259.9k)，变阻箱R3(阻值范围09.9可调)，开关、导线若干该同学发现还需要一个合适的电压表，于是把灵敏电流计G改装成电压表图7(1)将灵敏电流计G表改装成量程为6V的电压表，需将G表与_(选填“R1”“R2”或“R3”)串联(2)为了准确地测量出电池组的电动势和内电阻，请在图7甲虚线框中把实验电路图补充完整，并在对应的电阻旁边标上R1、R2或R3，如果为变阻箱，请补充完整其符号，为改装后的电压表(3)某次测量，电压表示数如图乙，其读数为_V.(4)经过多次测量，得出图丙所示的图象，由图可求得该电池组的电动势为_V，内阻为_(结果均保留两位有效数字)答案(1)R2(2)如图所示(3)4.4(4)5.01.5例3(2018江苏单科10)一同学测量某干电池的电动势和内阻(1)如图8所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处_；_.图8(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见下表：R/8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26/A16.75.95.34.53.8根据表中数据，在图9的方格纸上作出R关系图象图9由图象可计算出该干电池的电动势为_V；内阻为_.(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100mV的电压表并联在电流表的两端调节电阻箱，当电流表的示数为0.33A时，电压表的指针位置如图10所示，则该干电池的电动势应为_V；内阻应为_.图10答案(1)开关未断开电阻箱阻值为零(2)见解析图1.34(1.301.44都算对)1.2(1.01.4都算对)(3)1.34结果与(2)问第一个空格一致1.0结果比(2)问第二个空格小0.2解析(1)在电学实验中，连接电路时应将开关断开，电阻箱的阻值调为最大，确保实验仪器、仪表的安全(2)根据闭合电路欧姆定律，得EI(Rr)即RrEr，即R图象为直线描点连线后图象如图所示根据图象可知r1.2.图象的斜率为电动势E，在R图象上取两点(2,1.59)、(5,5.61)则EV1.34V.(3)根据欧姆定律，得电流表的内阻rA0.2，该干电池的内阻应为rrrA1.0R图象的斜率仍为电动势E，即E1.34V.例4(2018扬州中学5月模拟)在“测定电源电动势和内阻”的实验中，实验室仅提供下列实验器材：A两节旧干电池，每节电动势约1.5VB直流电压表Vl、V2，量程均为03V，内阻约3kC电流表，量程00.6A，内阻小于1D定值电阻R0，阻值2E滑动变阻器R，最大阻值15F导线和开关若干如图11所示，连接实验电路图；图11(1)根据图中电路进行实验，测得多组U、I数据，作出UI图象，测出电动势和内阻的值均_(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值，其产生误差的原因是_(选填“电压表分流”或“电流表分压”) (2)实验过程中，由于电流表发生了故障，某同学又设计了图12所示的电路测定电源的电动势和内阻，实验中移动滑动变阻器的滑动触头，记录V1和V2的值如下表所示，用测出的数据在图13中绘出U2U1图线.组数123456电压U1/V0.801.251.531.721.871.98电压U2/V1.601.872.042.152.242.31图12图13(3)由图线可得被测电池组的电动势E_V，内阻r_.(结果均保留两位有效数字)答案(1)小于电压表分流(2)如图所示(3)2.8(2.63.0)3.0(2.93.1)1(2018无锡市高三期末)在做“测电源电动势与内阻”的实验中，(1)先用多用电表粗测了干电池的电动势如图14所示是测量时选择开关与表头指针所处的位置，则该电池的电动势为_V，实验结束后，应将选择开关拨到图中的_挡位(选填A、B、C或D)图14(2)设计如图15电路进行测量在实验中发现滑动变阻器的滑片由M端向N端逐渐滑动时，电流表示数逐渐增大，电压表的示数接近1.5V并且几乎不变，当滑片临近N时，电压表示数急剧变化出现这种问题，应更换一个总阻值比原来_(选填“大”或“小”)的滑动变阻器图15(3)更换(2)中滑动变阻器后，记录分布均匀的8组电流表示数(I)以及电压表示数(U)，在数据处理软件中，以U为纵轴，以I为横轴，经拟合得到直线U1.48751.5025I，则电动势的测量值是_V，内电阻的测量值是_.(结果均需保留三位有效数字)答案(1)1.48(1.461.49)A(2)小(3)1.491.502(2018常州市一模)测定一节电池的电动势和内阻，电路如图16甲所示，MN为一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝，定值电阻R01.0.调节滑片P，记录电压表示数U、电流表示数I及对应的PN长度x，绘制了UI图象如图乙所示(1)由图乙求得电池的电动势E_V，内阻r_.(2)实验中由于电表内阻的影响，电动势测量值_其真实值(选填“大于”“等于”或“小于”)(3)根据实验数据可绘出x图象，如图丙所示图象斜率为k，电阻丝横截面积为S，可求得电阻丝的电阻率_，电源内阻对电阻率的测量_(选填“有”或“没有”)影响图16答案(1)1.50.5(2)小于(3)kS没有解析(1)由闭合电路欧姆定律可知：UEI(rR0)，则可知，题图乙中的图象与纵坐标的交点表示电动势，故E1.5V；图象的斜率表示等效内电阻，则rR01.5；解得：r1.51.00.5；(2)由题图乙可知，伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法，由于电压表分流作用，电流表测量值偏小，当外电路短路时，电流测量值等于真实值，电源的UI图象如图所示，由图象可知，电动势测量值小于真实值，电源内阻测量值小于真实值，(3)根据欧姆定律可知，电阻R，则可知k，解得：kS；若考虑电源内阻，图象的斜率不变，所以电源内阻对电阻率的测量没有影响3(2018南通市等六市一调)测量某电源电动势和内阻，提供如下实验器材：A待测电源(电动势约12V、内阻约1、最大允许电流2A)B电流表A(量程1A)C电流表G(量程1mA、内阻约50)D电阻箱(099999.9)E滑动变阻器(020k)F滑动变阻器(01k)H滑动变阻器(050)J定值电阻(阻值5)K定值电阻(阻值100)L开关、导线若干(1)将电流表G改装成电压表，需要测量电流表内阻Rg，实验小组采用如图17甲所示的电路，实验步骤如下：图17连接好电路，闭合开关S1前，滑动变阻器R1的滑片移到_(选填“最左端”或“最右端”)闭合S1，断开S2，调节R1使电流表G满偏闭合S2，保持R1阻值不变，调节电阻箱R2的阻值，使得电流表G半偏，读出电阻箱示数R，则电流表G的内阻Rg_.(2)将电流表G改装成量程为15V的电压表，已测得Rg52.0，则与电流表G串联的电阻箱R2的取值应为_.(3)用图乙电路测电源电动势和内阻，滑动变阻器R3选用_，定值电阻R0选用_(选填器材序号)(4)根据实验测得数据作出电压表读数U与电流表A读数I间的关系图象(图象未画出)，由图象读出I0时U12.1V，图线斜率绝对值为5.9V/A，则电源电动势E_V，电源内阻r_.答案(1)最左端R(2)14948.0(3)HJ(4)12.10.9解析(1)滑动变阻器R1的滑片移到最左端时接入电路的电阻最大，故闭合开关S1前，滑动变阻器R1的滑片移到最左端，闭合S2，电阻箱R2与电流表G并联，当电流表G半偏时，即电流表中电流为原来的一半，则另一半电流流过电阻箱R2，电阻箱R2与电流表G中电流相同，故电阻值也相等(2)将电流表G改装成量程为15V的电压表后，表的总电阻为1.5104，与电流表G串联的电阻箱R2RRg14948.0；(3)滑动变阻器的总阻值小，便于精细调节，故选H，