高中物理第一轮总复习 第7章 第7讲 实验测定电源的电动势和内阻学案(教师版)新人教版

一、实验目的
1．用闭合电路欧姆定律测定电池的电动势和内电阻．
2．进一步加深对闭合电路欧姆定律的理解．
3．进一步熟练掌握电压表和电流表的使用方法．
2．为减小误差，至少测出6组U、I值，且变化范围要大些，然后在U－I图771中描点作图，由图线纵截距和斜率找出E、r.
图771
三、实验器材
被测电池(干电池)、电流表、电压表、滑动变阻器、电键和导线等．
图772
四、探究过程
1．确定电流表、电压表的量程，按图772甲所示电路把器材连接好，如图乙所示．
2．把变阻器的滑动片移到一端使阻值达到最大．
3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数．记录一组电流表和电压表的示数，用同样方法测量并记录几组I、U值；
4．断开电键，整理好器材；
5．数据处理：用原理中方法计算或在U－I图中找出E、r.
五、误差分析
1．测量电路存在系统误差I真＝I测＋I V，实验中未考虑伏特表的分流影响．
2．用图象法求E、r时存在偶然误差．
3．本实验结果：E测＜E真，r测＜r真．
一、在测定电源的电动势和内电阻的实验中，应注意什么？
解答：1．本实验在电键S闭合前，变阻器滑片应处于有效阻值最大处．
2．要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要第1、4为一组，第2、5为一组，第3、6为一组，分别解出E、r值再取平均值．
3．画U－I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，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分抵消，从而提高精确度．
4．本实验由于干电池内阻较小，路端电压U的变化也较小，这时画U－I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(横坐标I必须从零开始)．但这时图线和横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势E，图线斜率的绝对值仍为内阻r.
5．干电池的内电阻较小(0.5Ω～1.5Ω)，如果短路，电流过大，会损坏电表和电池，故调节滑动变阻器时要防止发生电阻为零的情况；电池内阻若太小不易测量，实验中可在电池外串一电阻；随着电池的使用，电动势会减小，内阻会增加．
6．实验时为了不使在外电阻较小时，电路中的电流长时间超过干电池的正常放电电流(0.3A)，应使通电时间越短越好，只是在读取数据时让电路接通，否则易损伤电池．
7．改变变阻器阻值时，最好让两表中的一个指针指整数格，每次电阻值变化适当大一些，可减小读数误差，注意电表的估读．
8．用伏安法测电动势和内阻时，电压表示数准确，电流表示数比实际电流小，故实验系统误差由电压表分流引起，为此变阻器阻值应小一些，电压表内阻应大一些．
二、测定电源电动势和内电阻的其他方法有哪些？
解答：测定电源电动势和内电阻的方法有：①用一只电流表和电阻箱测量；②用一只电压表和电阻箱测量；③用两只电压表测量．
图774
1．测定电池电动势和内电阻的原理的基本应用
例1：用伏安法测一节干电池的电动势和内电阻，伏安图象如图774所示，根据图线回答：
(1)干电池的电动势和内电阻各多大？
(2)图线上a点对应的外电路电阻是多大？电源此时内部热耗功率是多少？
(3)图线上a、b两点对应的外电路电阻之比是多大？对应的输出功率之比是多大？
(4)在此实验中，电源最大输出功率是多大？
变式训练1：用电流表和电压表测电源的电动势和内电阻：
(1)画出实验电路图(电源内阻很小)．
(2)如图775所示是根据两个电源的测量数据绘制的图线．
图775
由图可知：图线与电压U轴的交点表示_______，电源Ⅰ的内电阻_____电源Ⅱ的内电阻(填“大于”、“等于”或“小于”)，用此电路测得的电动势和内电阻比真实值______.
(3)图中两直线Ⅰ、Ⅱ的交点表示两个电路中______________________________相等．
解析：(1)实验电路如图所示．
(2)纵轴截距表示电源的电动势，直线的斜率绝对值表示电源内阻，线Ⅱ比线Ⅰ陡一些，故电源Ⅰ的内电阻小于电源Ⅱ的内电阻，测量值偏小．
(3)Ⅰ、Ⅱ的交点表示外电路电压、电流都相同，说明外电路的电阻、电功率相同．
2．仪器的选择、电路的设计和数据处理
例２：利用如图776所示的一只电压表、一个电阻箱和一个电键，测量一个电池组的电动势和内电阻．请画出实验电路图，并用笔画线作导线将所给器材连接成实验电路．用记录的实验数据写出电动势和内电阻的
表达式．
图776
解析：电路图如下．
实验步骤是：
(1)按电路图接好实验电路
(2)改变电阻箱阻值，分别读出两组电阻箱阻值和对应的路端电压值R1、U1、R2、U2.
方法点拨：实物连线应注意的问题
(1)画出实验电路图；
(2)分析各元件连接方式，明确电表量程；
(3)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，到开关，再到滑动变阻器等，按顺序以单线连接方式将主电路中要串联的元件依次串联起来，然后再将要并联的元件并联到电路中，即“先串后并”；
(4)电压表应并联，电流表应串联，且电流应由正接线柱流入，负接线柱流出；
(5)变阻器接头的位置应保证以电路中用电器安全为原则，即保证加在用电器两端电压合适；
(6)连线过程中尽量不交叉．所有连线必须连接到接线柱上；
(7)开关必须能控制整个电路，即开关断开后，电源便无电流输出，电路中电压表和电流表指针均应指零；
(8)连好实物图后，再与原电路图进行对照，检查是否有误．
变式训练２：(2010·江苏省南京市期中测试)如图777是利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图．图中S为开关，R为滑动变阻器，定值电阻R1和电流表A1内阻之和为10000Ω.
图777
(1)按电路原理图连接实物图778.
(2)在闭合开关S前应将滑动变阻器的滑动端P移动至____端(填“a”端、“中央”或“b端”)．
图778
b
(3)闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端P至某一位置，读出电流表A1和A2的示数I1和I2.多次改变滑动端P 的位置，得到的数据如下表所示．请在如图779所
示的坐标纸上以I1为
纵坐标、I2为横坐标
画出所对应的I1－I2
图线.
图779
(4)由(3)中所得图线可求出电池的电动势E＝_______________V，内阻r＝_______________Ω.
1.49(1.48～1.50) 0.60(0.55～0.65)。