2025年高三一轮复习物理课件实验13测量电源的电动势和内阻

伏阻
法
= 1 +
= 2 +
1
1
2
1


1

1



1
1
= ·
R

= + ·

突破考点题型
实验13
测量电源的电动势和内阻
考点一
常规实验
角度 1 用电压表和电流表测电源的电动势和内阻
(2023 年浙江 6 月卷)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中
能电池在该光照条件下的最大输出功率为 0.63(0.60~0.65)
mW。(结果保留 2
位有效数字)
9
实验13
测量电源的电动势和内阻
解析 (1)根据表格数据在 U-I 图像中描绘序号为 10~12
的数据点,作出 U-I 图线如图甲所示。
(2)电阻箱实际接入阻值大于电阻箱记录值,根据 U=IR,
可知电压测量值小于真实值,A 项正确,B 项错误;测量该数据
④根据闭合电路欧姆定律,有 E=U1+
3 4
14
3
1
V1
2
V2
2
+
V2
R2,代入数据解得 RV2=3000 Ω。
V1
R1,整理得 U1=
V1 +1
-
1 V1
U2,
V2 (V1 +1 )
5
即 U1= 5 -5U2,故 b= 5 ,E=3b。
1.9-1.6
(2)④根据闭合电路欧姆定律,有 U=E-Ir,所以 U-I 图像的斜率 k=-0.4-0.1 Ω=-1.0 Ω
时将太阳能电池的朝向弄偏了,则测量时电动势偏小,电流和
电压测量值偏小,C 项正确;测量该组数据时将太阳能电池向
灯靠近了,则测量时电动势偏大,电流和电压测量值偏大,D 项
错误。
(3)当电流 I=0 时,通过实验图线可知,该太阳能
电池的电动势 E=1.40 V;若将该太阳能电池直接与
R=900 Ω 的定值电阻相连,在图像中作出定值电阻
(2024 届江苏模拟)某兴趣小组尝试研究一块太阳能电池的相关性能。为控制光
照强度,他们采用一 18 W 的台灯作为光源,并在距离光源 40 cm
处将太阳能电池正对灯管进行实验。
(1)该小组采用图 1 所示电路研究该太阳能电池路端电压 U 与电
流 I 的关系,通过实验记录及运算,获得了如下 U 和 I 的数据表。
第十章 电路及其应用 电能
实验13 测量电源的电动势和内阻
理清知识结构
突破考点题型
理清知识结构
实验13
测量电源的电动势和内阻
3
实验13
其他方案
实验
方法
安阻
法
测量电源的电动势和内阻
电路图
实验原理
4
图像法处理实验数据
= 1 (1 + )
⇒E,r
= 2 (2 + )
IR=E-r·I

等效内阻为 R0+r,故由图线 cb 得电动势 E=c,内阻 r= 。
(2)由电路可知电流表的分压会造成图线所得到的数值有误差,实际上电动势和测
量值相等,而单刀双掷开关 S0 拨到 1 位置,实际的内阻为 RA+r,所以测量值内阻偏大。


(3)单刀双掷开关 S0 拨到 1 位置,由图线 ca 可知等效电阻为 R0+r= ,所以 R0= - ,
12
实验13
测量电源的电动势和内阻
(2)用伏安法测量电源电动势和内阻时,由于电压表、电流表内阻的影响,测量结果总存
在系统误差。按如图 2 所示的电路进行测量,可以消除这种系统误差。
①闭合开关 S1、S2,灵敏电流计 的示数不为零,调节 R 和 R'使得灵敏电流计 的示数为
零,读出电流表和电压表的示数 I1 和 U1;②改变滑动变阻器 R、R'的阻值,重新使得灵敏
(2)作出 U-I 图像如图所示
根据闭合电路欧姆定律 U=E-Ir 可知,U-I 图像
纵轴截距为电源电动势,可得 E=1.50 V;U-I 图像斜
1.50-1.00
率的绝对值等于电源内阻 r=
0.48-0
Ω=1.04 Ω。
7
实验13
测量电源的电动势和内阻
8
角度 2 用电流表和电阻箱测电源的电动势和内阻
=-r,则电源的内阻 r=1.0 Ω。
当 I=0.1 A 时,U=1.9 V,解得 E=2.0 V。
实验13
测量电源的电动势和内阻
测量电动势和内阻的实验误差分析
1.偶然误差:主要来源于电压表和电流表的读数以及作 U-I 图像时描点不准确。
2.两种电路的系统误差:
电路
电压表分流引起误差
电流表分压引起误差
件下的最大输出功率 Pm=0.9×0.7 mW=0.63 mW。
实验13
测量电源的电动势和内阻
考点二
创新实验
(2024 届湖南联考)(1)某实验小组设计了如图 1 所示的电路测量电压表 的内阻及
电源电动势。已知电压表 量程为 0~3 V,内阻 RV1=6000 Ω,电压表 量程也为 0~3 V,内

r,化
0
0
0
,结合图像可知 k= +1,b=

,
0
解得 E=-1,r=-1。
(3)若考虑电表内阻的影响,E=U1+
E=

-1-
0 ,r=
V
0

-1- 0
V
1 -2
0
1
+ r, 解得 U2=
V
0

0
0
+1+ U1V

,实际上
,由此可知电源电动势测量值与真实值相比偏小,电源内阻测量值与真
(3)若考虑电表内阻的影响,(2)问中的电源电动势测量值与真实值相比
阻测量值与真实值相比 偏小 。(均选填“偏大”、“偏小”或“相等”)
20
偏小
,电源内
实验13
测量电源的电动势和内阻
解析
21
(1)实物连接图如图。
1 -2
(2)根据闭合电路欧姆定律可得 E=U1+
简得 U2=
0


0
+1 U1-
于”或“等于”)真实值。


(3)可得定值电阻的阻值为
(用 a、b、c 表示),所得定值电阻的数值 等于 (选
填“大于”、“小于”或“等于”)真实值。
17
实验13
测量电源的电动势和内阻
18
解析 (1)根据闭合电路欧姆定律可得 U=E-Ir,根据电路分析可知单刀双掷开关 S0
拨到 1 位置所得图线为 cb,单刀双掷开关 S0 拨到 2 位置所得图线为 ca,而拨到 2 位置的
的 U-I 图线,如图乙所示。
10
实验13
测量电源的电动势和内阻
11
根据图像交点可知,此时外电压为 0.70 V,电流 I=0.80 mA,根据闭合电路欧姆定律
-
可得 E=U+Ir,解得此时该电池的内阻 r=

=
1.40-0.70
0.80×10 -3
Ω=875 Ω。
(4)这块太阳能电池的输出功率 P=UI,由 U-I 图像可知,这块太阳能电池在该光照条
号为 10~12 的数据点的描绘,并绘制 U-I 图线。
见解析
(2)从描绘的各数据点来看,序号为 1 的数据存在实验错误,
AC 。
其可能的原因有
A.电阻箱实际接入阻值大于电阻箱记录值
B.电阻箱实际接入阻值小于电阻箱记录值
C.测量该数据时将太阳能电池的朝向弄偏了
D.测量该组数据时将太阳能电池向灯靠近了
实值相比偏小。(等效电源法的误差分析:将电压表 和电源等效为新的电源,即等效电
源的电动势 E'=
V
V +
E,等效内阻 r'=
V
V +
,即测量值均偏小)
V
r 测=
V +
<r 真
E 测<E 真,r 测<r 真
16
E 测=E 真
r 测=r+RA>r 真
E 测=E 真,r 测>r 真
兴趣小组想利用图 1 所示的电路测定定值电阻 R0、电源的电动势 E 和内阻 r,简
要实验步骤如下:
①根据电路图完成实物电路的连接。
②合上开关 S,把单刀双掷开关 S0 拨
所示。
回答下列问题:
(1)图像中用 c 表示图线与纵轴的截距,用 a、b 表示图线和横轴的截距,则电动势


E= c ,内阻 r=
。(均用 a、b、c 表示)
(2)由图像中直接得出的测量值有误差是因为 电流表分压
,这会造成所得电动
势 等于 (选填“大于”、“小于”或“等于”)真实值、内阻 大于
(选填“大于”、“小
1
2
3
4
序号
I/mA
0.11
0.15
0.17
0.19
U/V
1.05
1.36
1.35
1.34
序号
7
8
9
10
I/mA
0.32
0.40
0.55
0.80
U/V
1.27
1.21
1.10
0.72
5
0.22
1.33
11
0.86
0.43
6
0.26
1.31
12
0.90
0.10
实验13
测量电源的电动势和内阻
他们在 U-I 坐标中描绘了序号为 1~9 的数据点。请完成序
③在坐标系中描点作出的电压表示数 U2-U1 图像为直线,如图 2 所示。
回答下列问题:
(1)完成实物图(图 3)连接。 如图
(2)若图 2 中的直线与纵轴的截距为-b,斜率

为 k,则电源电动势 E= −1 ,电源内阻
0
r= −1 。(均用 k、b、R0 表示)
19
实验13
测量电源的电动势和内阻
电流计 的示数为零,读出电流表和电压表的示数 I2 和 U2;③重复②操作,得到了多组 I、
U 数据;④根据实验得到的多组数据作出的 U-I 图线如图 3 所示,由此可得电源的电动势
E= 2.0 V,内阻 r= 1.0 Ω。(结果均保留 2 位有效数字)
13
实验13
解析
测量电源的电动势和内阻
(1)③根据并联电路规律可知 U1=U2+
误差分 电压值越大,电压表分流越多,对应的 电流越大,电流表分压越多,对应 U 真
U
I
与
I
的差越大,I
=
,其中 U-I 图 与 U 测的差越大,UA=I·
真
测
析
RA,其中 U-I 图
V
R
像如图 4 所示
像如图 2 所示
15
实验13
等效电
源法
结论
测量电源的电动势和内阻
E 测=
V
E 真<E 真
V +
两图线得到的内阻都偏大,但是因电流表内阻是一定值,所以所得定值电阻的数值与其
真实值相比是不变的。
实验13
测量电源的电动势和内阻
兴趣小组想利用图 1 所示的电路测定电源的电动势 E 和内阻 r, 、 为同一规格
的电压表,R0 为定值电阻,简要实验步骤如下:
①根据电路图完成实物电路的连接。
②合上开关 S,改变滑动变阻器的阻值,记录下几组电压表 、 示数 U1、U2。
(3)通过实验 U-I 图线可知,该太阳能电池的电动势为 1.40(1.37~1.43) V;若将该太阳
能电池直接与 R=900 Ω 的定值电阻相连,则此时该电池的内阻约为 875(825~890) Ω。
(结果均保留 3 位有效数字)
(4)对太阳能电池来讲,最大输出功率是其重要参数。根据以上数据可以估算这块太阳
1500 Ω,则可知电压表 的内阻 RV2 为 3000 Ω;
④若将 R1 调至 4000 Ω 并保持不变,调节 R2,记录多组对应的 U1、U2 值,以 U1 为纵坐
标,U2 为横坐标描点作图,在实验误差允许范围内得到一条倾斜直线,直线的纵截距为 b,
则电源的电动势为
5
b
3
(用已知量和已测得量计算出结果)。
1.50 V 和内阻 r= 1.04 Ω。(计算结果均保留 2 位小数)
解析 (1)电压表测量的电压应为滑动变阻器接入电路中电阻丝两端的电压,开关
应能控制电路,所以导线 a 端应连接到 B 接线柱;干电池电动势约为 1.5 V,电压表选择
3 V 量程,分度值为 0.1 V,题图中电压表示数为 1.20 V。
6
实验13
测量电源的电动势和内阻
(1)部分连线如图 1 所示,导线 a 端应连接到 B
(选填“A”、“B”、“C”或“D”)接线
柱上。正确连接后,某次测量中电压表指针位置如图 2 所示,其示数为 1.20 V。
(2)测得的 7 组数据已标在如图 3 所示 U-I 坐标系上,用作图法求干电池的电动势 E=
到 1 位置,改变滑动变阻器的阻值,记
录下几组电压表示数和对应的电流
表示数。
实验13
测量电源的电动势和内阻
③保持开关 S 闭合,开关 S0 改拨到 2 位置,改变滑动变阻器的阻值,再记录下几组电压
表示数和对应的电流表示数。
④在同一坐标系内分别描点作出电压表示数 U 和对应的电流表示数 I 的图像如图 2
阻 RV2 为几千欧(待测),电源电动势约为 5 V,电源内阻可忽略。按以下步骤进行操作。
①按图 1 所示电路图完成实物连接;
②把 R1、R2 均调至最大阻值;
③闭合开关 S,调节 R1、R2,使 、 均有合适示数,分别为 U1、U2,
2
若调至 U1、U2 满足 U2=3U1 的关系,此时电阻箱 R2 的阻值为