2018年高考测量电源电动势及内电阻(含配套PPT含练习及答案)

一、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；进一步理解闭合电路欧姆定律． 2．掌握用图象法求电动势和内阻的方法． 二、实验原理1．实验依据：闭合电路欧姆定律． 2．实验电路：如图实－3－1所示． 3．E 和r 的求解：由U ＝E －Ir4．作图法数据处理，如图实－3－2所示： (1)图线与纵轴交点为电动势E. (2)图线与横轴交点为短路电流 I 短＝ .(3) 图线的斜率的大小表示内阻 r ＝ | |.三、实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔． 四、实验步骤1．电流表用0.6 A 量程，电压表用3 V 量程，按图实－3－1 所示连接好电路． 2．把滑动变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端． 3．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记图实－3－1图实－3－2录一组数据(U1，I1)．用同样方法测量几组I、U值．填入表格中．4．断开开关，拆除电路，整理好器材．五、数据处理本实验中数据的处理方法，一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法．法一: 取六组对应的U、I数据，数据满足关系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r…让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小．法二: 以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U－I坐标系，在坐标平面内描出各组(U，I)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，使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即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率大小即为电池的内阻r，即r＝| |.六、注意事项1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选的大些(选用已使用过一段时间的干电池)．2．在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得E和r发生明显变化．3．测出不少于6组I和U的数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，类似于逐差法，要将测出的U、I数据中，第1和第4组为一组，第2和第5组为一组，第3和第6组为一组，分别解出E、r值再求平均．4．在画U－I图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线两侧，不要顾及个别离开直线较远的点，以减小偶然误差．5．干电池内阻较小时，U 的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图实－3－3甲所示的状况，使下部大面积空间得不到利用．为此，可使纵坐标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)，如图乙所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小．此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势．要在直线上任取两个相距较远的点，用r ＝| |计算出电池的内阻r.七、误差分析1．由读数和电表线性不良引起误差．2．用图象法求E 和r 时，由于作图 不准确造成误差．3．本实验采用图实－3－1所示的测量电路是存在系统误差的，这是由于电压表的分流IV 引起的，使电流表的示数I 测小于电池的输出电流I 真．因为I 真＝I 测＋IV ，而IV ＝U/RV ，U 越大，IV 越大，U 趋近于零时零．所以此种情况下图线与横轴的交点为真实的短路电流，而图线与纵轴的交点为电动势的测量值，比真实值偏小．修正后的图线如图实－7 －4所示，显然，E 、r 的测量值都比真实值偏小，r 测<r 真、E 测<E 真．4．若采用如图实－3－5所示电路，电流是准确的，当I 很小时，电流表的分压很小，但随电压的增大，电流I 增大，电流表的分压作用也逐渐增大．此种情况的U －I 图线如图实－3－6所示，所以E 测＝E 真、r 测>r 真．图实－3－4图实－3－5图实－3－6（图实－3－3）八、实验改进由于在测量电路中，电压表的分流作用和电流表的分压作用，给实验带来了系统误差，以下为两种有针对性的改进措施．1．实验时可以引入辅助电源，如图实－3－7所示，E ′为辅 助电源，利用当辅助回路和测量回路的电流相等时灵敏电流计G 中无电流这一特点，在测量电路中没有电流表的情况下，仍能测得其回路中的电流，从而消除由于电流表的内阻带来的误差．2．在实验中由于电压表的分流，从而使电流表的示数小于 流过电源的电流，而给测量带来误差．可以将电压表的内阻测出，进而求出电压表的分流IV ，那么通过电源的电流就为IE ＝IA ＋IV ，就可以消除由于电压表的分流而带来的误差．例一：用图实－3－8所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻．电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有： (a)电流表(量程0.6 A 、3 A)； (b)电压表(量程3 V 、15 V)；(c)定值电阻(阻值1 Ω、额定功率5 W)； (d)定值电阻(阻值10 Ω、额定功率10 W)；(e)滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω、额定电流2 A)； (f)滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω、额定电流1 A)． 那么：(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择________V ，电流表的量程应选择________A ；R0应选择________Ω的定值电阻，R 应选择阻值范围是________Ω的滑动变阻器．(2)引起该实验系统误差的主要原因是_____________________________________________图实－3－7图实－3－8例二：某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池．该同学想测量一下这个电池的电动势E 和内电阻r ，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9 Ω，可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig ＝0.6 A ，内阻rg ＝0.1 Ω)和若干导线．(1)请根据测定电动势E 和内电阻r 的要求，设计图实－3－9甲中器件的连接方式，画线把它们连接起来．(2)接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R ，读出与R 对应的电流表的示数I ，并作记录．当电阻箱的阻值R ＝2.6 Ω时，其对应的电流表的示数如图实－3－9乙所示．处理实验数据时，首先计算出每个电流值I 的倒数I 1；再制作R －I1坐标图，如图实－3－10所示，图中已标注出了(R ，I1)的几个与测量对应的坐标点．请你将与图实－3－9乙所示的实验数据对应的坐标点也标注在图实－3－10上．(3)在图实－3－10上把描绘出的坐标点连成图线．(4)根据图实－3－10描绘出的图线可得出这个电池的电动势E ＝________V ，内电阻r ＝_____________Ω.图实－3－9图实－3－10测电源电动势和内阻实验练习1．在测电源电动势和内阻实验中，下列说法正确的是( )A．用新电池较好B．用旧电池好C．新、旧电池一样D．以上说法都不对解析：旧电池内阻较大，实验时，电压表读数变化较大，误差较小．答案：B2．在测定一节干电池电动势和内阻的实验中，某学生采用了如图所示实验器材连接，请指出该学生在接线中错误和不规范的做法．(1)________________________________________________________________________；(2)________________________________________________________________________；(3)________________________________________________________________________；(4)________________________________________________________________________．答案：(1)滑动变阻器不起变阻作用(2)电流表正负接线柱错误(3)电压表量程选用不当(4)电压表没有并接在开关和电源串联后的两端3．用如图所示电路测定未知电阻R x的值，图中电源电动势未知，电源内阻与电流表内阻均可忽略不计，R为电阻箱．(1)若要想测得R x的值，R至少需取______个不同的数值．(2)若电流表每个分度表示的电流未知，但指针偏转角度与通过的电流成正比，则在用此电路测R x时，R至少可取______个不同的数值．(3)若电源的内阻不可忽略，能否应用此电路测R x？__________________________.解析：电源内阻和电流表内阻均可不计，因此改变电阻箱的阻值2次便可得到以下2个方程：E＝I1(R I＋R x)……①，E＝I2(R2＋R x)……②，由于R1、R2、I1、I2已知，则由以上两个方程便可求得R x(并可求得电源的电动势)，故电阻箱R至少需要2个不同数值；若电流表每个分度表示的电流未知，但指针偏转角度与通过的电流成正比，则电流之比就等于指针指示的分度数之比，因此只需①②两式相比便可求出R x(但求不出电源电动势E)，故R也至少取2个不同的数值；若电源内阻不可忽略，则仅能求出R x＋r的值，不能求出R x.答案：(1)2 (2)2 (3)不能4．为了测定一节干电池的电动势和内阻，某实验小组按图(甲)所示的电路图连好实验电路，合上开关，电流表和电压表的读数正常，当将滑动变阻器的滑片由A端向B端逐渐滑动时，发现电流表的示数逐渐增大，而电压表的示数接近1.5 V且几乎不变，直到当滑片滑至临近B端时电压表的示数急剧变化，这种情况很难读出数值分布均匀的几组不同的电流值、电压值．(1)出现上述情况的原因是______________．改进方法是____________________．(2)改进后，测出几组电流、电压的数值，并画出如图(乙)所示的图象，由图象可知，这个电池的电动势E＝______V，内阻r＝______Ω.答案：(1)滑动变阻器阻值太大，有效使用的部分太短选择阻值更小的滑动变阻器(2)1.48(1.46～1.49均对) 2.4(2.3～2.5均对)5．现有一个阻值为10.0 Ω的定值电阻、一个电键、若干根导线和一个电压表，该电压表盘面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案．(已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧姆)(1)(2)简要写出完成接线后的实验步骤．(3)写出用测得的量计算电源内阻的表达式r＝________.解析：电压表指针偏转角度与通过电压表的电流，或者与加在电压表两端的电压成正比，因此表盘面无刻度值也可以用格数的多少表示电压的大小，当断开电键时，电压表偏转格数N 1表示电源电动势的大小．电键闭合时，N 2表示R 两端电压，根据闭合电路欧姆定律，N 1－N 2r ＝N 2R ，得r ＝N 1－N 2N 2R .答案：(1)如图所示(2)①断开电键，记下电压表偏转格数N 1；②合上电键，记下电压表偏转格数N 2. (3)N 1－N 2N 2R 6．测量电源的电动势E 及内阻r (E 约为6 V ，r 约为1.5 Ω)．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)，定值电阻R ＝8.5 Ω，滑动变阻器R ′(0～10 Ω)，开关S ，导线若干．(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图中完成实物连接．(3)实验中，当电流表读数为I 1时，电压表读数为U 1；当电流表读数为I 2时，电压表读数为U 2，则可以求出E ＝______，r ＝______.(用I 1、I 2、U 1、U 2及R 表示)答案：(1)如图甲所示 (2)如图乙所示 (3)I 1U 2－I 2U 1I 1－I 2 U 2－U 1I 1－I 2－R7．在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：A．干电池(电动势约为1.5 V，内阻小于1.5 Ω)B．电流表G(满偏电流2 mA，内阻10 Ω)C．电流表A(0～0.6 A，内阻约0.1 Ω)D．滑动变阻器R1(0～20 Ω，10 A)E．滑动变阻器R2(0～100 Ω，1 A)F．定值电阻R3＝990 ΩG．开关、导线若干(1)为方便且能较准确地进行测量，应选用滑动变阻器______(填写序号)．(2)请在所给虚线框内画出利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验(3)某同学根据他设计的实验测出了6组I1(电流表G的示数)和I2(电流表A的示数)，请在如图所示的坐标纸上作出I1和I2的关系图线.(4)根据图线可得，被测电池的电动势为______V，内阻为______Ω.解析：(1)为了便于调节，滑动变阻器的阻值不能太大，选择D比较合适．(2)由于没有电压表，给定的电流表G可与定值电阻R3串联作电压表使用；(3)根据数据描点迹即可；(4)电流表G的示数与定值电阻R3和电流表G的内阻之和的乘积表示路端电压，所以I1－I2图线的纵截距与R3与电流表G的内阻之和的乘积即为电池的电动势E＝1.48×10－3×(990＋10)V＝1.48 V；I1－I2图线的斜率的绝对值与R3和r G之和的乘积即为电池的内阻r＝|ΔI1ΔI2|×(R3＋r G)＝0.80 Ω.答案：(1)D (2)如图甲所示．(3)如图乙所示．(4)1.48(1.47～1.49) 0.80(0.70～0.90)8．(2011四川高考)为测量一电源的电动势及内阻(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V的电压表教师寄语：认真复习，仔细思考。