新教材人教版高中物理 精品资料实验十二 测量电源的电动势和内阻

实验十二 测量电源的电动势和内阻

1．实验原理

闭合电路的欧姆定律。 2．实验器材

电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。 3．实验步骤

(1)电流表用0.6 A 的量程，电压表用3 V 的量程，按图1连接好电路。

图1

(2)把滑动变阻器的滑片移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录一组数据(I 1，U 1)。用同样的方法再测量几组I 、U 值，填入表格中。 (4)断开开关，拆除电路，整理好器材。

1．用实验数据求E 、r 的处理方法

(1)列方程求解：由U ＝E －Ir 得⎩⎨⎧U 1＝E －I 1r

U 2＝E －I 2r ，解得E 、r 。

(2)用作图法处理数据，如图2所示。

图2

①图线与纵轴交点为E 。 ②图线与横轴交点为I 短＝E

r 。 ③图线的斜率表示r ＝|ΔU

ΔI |。 2．注意事项

(1)为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池。 (2)电流不要过大，应小于0.5 A ，读数要快。

(3)要测出不少于6组的(I ，U )数据，变化范围要大些。

(4)若U －I 图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r ＝|ΔU

ΔI |确定。 3．误差来源

(1)偶然误差：用图像法求E 和r 时作图不准确。 (2)系统误差：电压表分流。

(3)本实验中测量结果是：E 测＜E 真，r 测＜r 真。

命题点一 教材原型实验

【真题示例1 (2020·山东卷，14)实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有：

干电池一节(电动势约1.5 V ，内阻小于1 Ω)； 电压表V(量程3 V ，内阻约3 kΩ)； 电流表A(量程0.6 A ，内阻约1 Ω)； 滑动变阻器R (最大阻值为20 Ω)； 定值电阻R 1(阻值2 Ω)； 定值电阻R 2(阻值5 Ω)； 开关一个，导线若干。

(1)该小组按照图3甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示

数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U－I 坐标纸上描点，如图3乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是________。(单选，填正确答案标号)

A．电压表分流

B．干电池内阻较小

C．滑动变阻器最大阻值较小

D．电流表内阻较小

图3

(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。

序号1234567

I/A0.080.140.200.260.320.360.40

U/V 1.35 1.20 1.050.880.730.710.52

请根据实验数据，回答以下问题：

①图丙上已标出后3组数据对应的坐标点，请在图丙上标出前4组数据对应的坐标点并画出U－I图像。

②根据实验数据可知，所选的定值电阻为__________(填“R1”或“R2”)。

③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将图丁中的实物图连接成完整电路。答案(1)B(2)①如图所示

②R1③如图所示

解析(1)路端电压U＝

E

R＋r

R＝

E

1＋

r

R

，若电源内阻远小于外电路总电阻，则电压

表示数总是接近电源的电动势，变化范围小，故B项正确。

(2)①在坐标纸上根据前4组数据描出对应的坐标点并画出U－I图像，见答案图所示。

②由画出的U－I图线知等效电源内阻r′＝1.57

0.60Ω≈2.62 Ω，表示干电池内阻与定

值电阻之和，因此所选的定值电阻一定小于2.62 Ω，故所选电阻应为R1。

③连接实物图时，从电源正极出发，依次连接各器材，电压表并联在滑动变阻器和电流表两端，注意电流从正接线柱流入，负接线柱流出。

【针对训练1】(2021·山东烟台市适应性模拟)某实验小组欲测定一硅光电池的电动势和内电阻，可供选择的实验器材如下：

待测硅光电池E(电动势约为1.3 V，内阻约为100 Ω)；

直流电流表A1(量程0～12 mA，内阻为50 Ω)；

直流电流表A2(量程0～24 mA，内阻为5 Ω);

电压表V1(量程0～3 V，内阻约为3 kΩ)；

电压表V2(量程0～1.5 V，内阻约为1.5 kΩ)；

滑动变阻器R1(最大电阻200 Ω，额定电流0.1 A)；

滑动变阻器R2(最大电阻20 Ω，额定电流1 A)；

开关S、导线若干。

(1)为了完成上述实验，电流表应选______，电压表选________，滑动变阻器选________(选填所给器材的符号)。

(2)请在图4虚线框中将实验电路图补充完整。

图4

(3)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图5甲所示的U－I图像。则该硅光电池的电动势为______ V，内阻为______Ω(结果均保留3位有效数字)。

(4)已知某非线性元件的伏安特性曲线如图乙所示，将该元件与所测硅光电池组成闭合回路，则该电池的效率为________%(结果保留2位有效数字)。

甲

乙

图5

答案 (1)A 1 V 2 R 1 (2)见解析图 (3)1.20 100 (4)25

解析 (1)实验电路中短路电流约为I ＝E

r ＝13 mA ，故电流表选A 1；待测硅光电池电动势约为1.3 V ，故选电压表V 2。该实验电路为限流式接法，为了保护电路，需要选用最大阻值较大的变阻器，故选R 1。 (2)根据上面的分析，补充完整后电路如图

(3)甲图中，纵轴截距为该硅光电池的电动势，即E ＝1.20 V

图线的斜率绝对值表示硅光电池的内阻与电流表内阻之和，即r ＋R A1＝|k |＝150 Ω 整理可得r ＝100 Ω。

(4)甲图和乙图的两段图像放到一个图中，找到交点为坐标为(6.00 mA ，0.30 V)则 η＝UI EI ＝U

E

＝25%。

命题点二 实验拓展创新

【真题示例2 (2021·湖南卷，12)某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R 0)、一个电流表(内阻为R A )、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R 0，并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下： (1)将器材如图6(a)连接；