2011年高考物理一轮复习极品课件10-实验4测定电源的电动势和内阻

【例1】
在做测量干电池的电动势和内阻实验中，备
有下列器材可以选用： A．干电池一节(电动势约1.5 V)
B．直流电流表(量程为0～0.6 A～3 A,0.6 A挡内阻为
0.10Ω，3 A挡内阻为0.02Ω) C．直流电压表(量程为0～3 V～15 V,3 V挡内阻为5 kΩ， 15 V挡内阻为25 kΩ)
【解析】
U－I函数图象，U＝－rI＋E关键是纵轴起
点不是0，而是2.4.因此横轴交点不再是I短，I短≠0.6 A，B、C 错误，A、D正确．
【答案】
A、D
4 ． 测 量 电 源 的 电 动 势 E 及 内 阻 r(E 约 为 6 V ， r 约 为 1.5Ω)．器材：量程3 V的理想电压表V，量程0.6 A的电流表 A(具有一定内阻)，固定电阻R＝8.5Ω，滑动变阻器R′(0～ 10Ω)，开关S，导线若干．
2.由 E＝U＋Ir 可得：U＝－rI＋E(一次函 数) 在坐标纸上以 I 为横坐标 U 为纵坐标，用 测出的几组 I、U 值画出 U－I 图象，图乙所得 直线跟纵轴的交点即为电动势的值，又因为 r E ΔU E ＝I ，图线斜率的绝对值| ΔI |＝I ，即为内阻 r m m 的值．
四、实验步骤 1.电路连接，按图1甲所示，注意量程，极性，并使滑 动变阻器的有效电阻最大． 2.数据测量：闭合开关，调节变阻器，使电流表有明
明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3 A，
短时间放电不宜超过0.5A.因此，实验中不要将R调得过小， 读电表示数要快，每次读完应立即断电．
3.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，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组、 第2和第5为一组，第3和第6为一组，分别解出E、r值再取平 均值．
(1)画出实验电路原理图．图中各元件需用题目中给出
的符号或字母标出．
(2)用笔画线代替导线在下图中，完成实物连接．
(3)实验中，当电流表读数为I1 时，电压表读数为U1 ； 当电流表读数为I2 时，电压表读数为U2 ，则可以求出E＝ ________，r＝________.(用I1，I2，U1，U2及R表示)
【解析】 量程选哪个好？
(1)干电池电动势约1.5 V，那么直流电压表
答‘在使用电压表和电流表时，指针偏转到满偏刻度 的
以上读数比较准确，所以干电池电动势约1.5 V，那么
选0～3电流较大时放电的现象较严重，内阻r会明 显变大，因为实验中电流不宜过大，所以电流表量程选0～ 0.6A.
测电源电动势和内阻？ 答'如下图甲，电阻箱与电流表只能够串联配合使用， 从电流表读出电流，则已知电流可求出电阻电压，相当于图 乙电路．
(4)若电阻箱与未知内阻电压表配合使用，该如何连接 测电源电动势和内阻？ 答'如下图甲，电阻箱与电压表只能够并联配合使用， 从电压表读电压，则已知电阻电压可求电流，相当于下图乙
【解析】
由电源的伏安特性曲线意义可知，图线与
纵轴的交点表示电源的电动势，图线与横轴的交点(纵轴电 压U为零)表示电池外电路短路时的电流，图线斜率的绝对值 表示电池的内阻，两直线交点表示这时外电路负载电阻R两
端的电压、电流分别相等，由欧姆定律可知这时外电路负载
电阻R的值相等，A、B、C说法正确．用该电路测得的电动 势和内电阻实际上是电压表与电源并联的等效电源的电动势
六、误差分析 1．测量电路存在系统误差，电压表、电流表内阻影响 不能忽略． (1)如图2电路：在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压
表示数U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IV而形成误差(如图3中虚线段)，而且电压表示数越 大，IV越大．
结论：①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短 ，短路
结论：①E为真实值，即E测＝E真；②I短测<I短真；③又
因为r＝
，所以r测>r真．r测实际是r和RA的串联值．
因干电池内阻r很小，因此选用图2电路． 2.测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、 r变化． 3.仪表读数时，会存在偶然误差． 4.作图的描点连线过程，会有偶然误差．
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(选用已使用过一段时间的干电池)． 2.干电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会
【例2】
为测定电池电动势和内阻，除待测电池、开 ( )
关 、 若 干 导 线 外 ， 选 用 下 列哪 组 仪 器能 够 完 成实 验 目 的 A．一直流电流表，一电阻箱
B．一直流电压表，一电阻箱
C．一直流电流表，一直流电压表 D．一直流电流表，一滑动变阻器
【解析】
(1)电阻箱与滑动变阻器的区别是什么？
【解析】
(1)(2)如图
(3)由 E＝U1＋I1(r＋R)． E＝U2＋I2(r＋R)得： I1U2－I2U1 U2－U1 E＝ r＝ －R. I1－I2 I1－I2
5．为了测定干电池的电动势和内电阻，现有下列器材： A．6.3 V蓄电池； B．干电池一节； C．电压表(0～3 V～15 V，内阻约为3 kΩ，15 kΩ)；
(
)
A．V1与A1 C．V2与A1 【解析】
B．V1与A2 D．V2与A2 本实验的系统误差主要来源于电压表内阻
对电路的影响，电压表内阻越大，电流表的电流越接近干路
中的电流的真实值，所测电池的内阻也越接近电池内阻真实
值，故电压表选用内阻大的好，而电流表内阻对实验无影响， 因为电流表内阻与R是串联关系，不需知道R与RA 的值，故
实验四
测定电源的电动势和内阻
一、实验目的 1．测定一节干电池的电动势和内阻． 2．学习用图象处理数据．
二、实验原理 1.据闭合电路的欧姆定律： E＝U＋Ir. 对一个给定的电池，E 和 r 是确定的，I 和 U 都随负载电阻 R 的变化而变化，如图甲． 只要改变 R，即可测出两组 I、U 则 E＝U1＋I1r E＝U2＋I2r I1U2－I2U1 解得 E＝ I1－I2 U2－U1 r＝ . I1－I2
显示数并记录一组数据(I1 、U1)．用同样方法测量几组I、U
值，记入下表： 1 U/V I/A 3.器材整理：断开开关，拆除电路，整理好器材． 2 3 4 5 6
五、数据处理 取坐标纸，以电流I为横轴，路端电压U为纵轴，描 绘出所记录的各组I、U值的对应点，连成U－I图线．延长U －I图线，它与坐标轴有两个交点，读取E、I短，进一步可以 算出r＝
流Im，不过图线与纵轴截距仍为电动势，直线斜率的绝对值
仍是电源的内阻．如图6所示．
6.由于电流表内阻与干电池内阻接近，所以电流表应 采用图2的接法．
八、实验改进 本实验的目的是测电源的E、r，原理是闭合电路的 欧姆定律，方法是通过电路调节使U、I变化．根据具体的电 路结构关系去求解E、r，因此只要满足以上要求的电路即可，
D．电流表A(0～0.6 A～3 A，内阻约为10 Ω，2 Ω)；
E．电流表G(满偏电流3 mA，内阻Rg＝10 Ω)；
所示电路．
(5)一个已知内阻的电压表或电流表连接到电路中还有 哪些作用？ 答'已知内阻的电压表，可直接读电压，已知电压和电 阻(内阻)可求电表的电流；已知内阻的电流表，可直接读电
流，已知电流和电阻(内阻)可求电表的电压；所以已知内阻
的电表集测电流、电压的作用于一身．
(6)在测电源电动势和内阻实验中，用一个已知内阻为 Rg的电压(电流)表和一个电阻箱，应如何设计电路图？ 答'如下图所示．
答'电阻箱除了可以改变电阻大小，还可以准确读出其 阻值，而滑动变阻器则不能准确读出电阻大小． (2)由电阻箱的特点可知，其在实验中的主要作用是什
么？
答'根据电阻箱电阻可读的特点，若已知电阻和它两端 电压就能求出流过它的电流；若已知电阻和通过它的电流就
能求电阻两端的电压．
(3)若电阻箱与未知内阻电流表配合使用，该如何连接
4.在画U－I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．这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提
高测量精度．
5.干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小，即不会 比电动势小很多，这时，在画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
D．滑动变阻器(阻值范围为0～15Ω，允许最大电流为1 A) E．滑动变阻器(阻值范围为0～1000 Ω，允许最大电流 为0.5 A)
F．开关
G．导线若干 H．电池夹
(1)为使系统误差较小，选择合适的实验器材，并作出 实验电路． (2)根据实验记录画出的U－I图象(如下图所示)，可求 出待测电池的内阻r为________Ω.
【答案】
AB
1.(2009·成都测试)测电源电动势和内阻实验的电路图 如图甲所示，图实乙是测量中由电池Ⅰ和电池Ⅱ测得数据所
绘得的U－I图线．根据图线判断下列说法不正确的是 (
)
A．图线与横轴的交点表示电池外电路短路时的电流 B．电池Ⅱ的电动势和内电阻都比电池Ⅰ大 C．两直线的交点表示这时外电路负载电阻R的值相等 D．用该电路测得的电动势和内电阻比真实值大
(3)滑动变阻器选哪个？理由何在？ U 答'根据所选电流表量程进行粗略计算：Rmin＝ ＝ I 1.5 Ω＝2.5Ω. 0.6 1 U 1.5 由电流表至少偏转 满偏以上：Rmax＝ ＝ Ω＝ 3 I′ 0.2 7.5Ω 由以上可知滑动变阻器选 0～15Ω 的量程．
(4)为使系统误差较小，该选什么电路图？ 答'为了减小误差，电路图应如下图所示． (5)该题中内阻r如何计算？ 答'由图线可知：E＝1.5 V，I＝0.7 A
电流表用哪个都可以．