1、实验10测定电源的电动势和内阻,-2-,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的欧姆定律。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:如图所示。,-3-,4.用作图法处理数据,如图所示。(1)图线与纵轴交点为E;,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。,-4-,四、实验步骤1.按实验电路图所示连接电路,电流表量程取00.6 A,电压表量程取03 V。2.把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端。3.闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显示数。记录一组
2、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,并填入表格中。4.断开开关,拆除电路,整理好器材。,-5-,五、数据处理方法一:列方程组求解电动势和内阻的大小,根据以上三组方程分别求出E、r,再取其平均值作为电源的电动势E和内阻r。方法二:用作图法处理数据,同实验原理4。,-6-,六、误差分析1.偶然误差(1)电表读数不准引起误差。(2)图象法求E和r时作图不准确。2.系统误差(1)相对于电源内阻而言,采取电流表外接法,由于电压表分流造成电动势和内阻的测量值均偏小。(2)相对于电源内阻而言,采取电流表内接法,由于电流表分压,造成内阻的测量值偏大。,-7-,七、注意事项1.选用旧电池:为
3、了使电路的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已使用过一段时间的1号干电池。2.电流不要过大,读数要快:干电池在大电流放电时,电动势E会明显下降,内阻r会明显增大。因此,实验中不要将I调得过大,读电表要快,每次读完立即断电。3.计算法求E、r: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值再求平均值。,-8-,4.合理选择标度:为使图线分布空间大,如图所示,纵坐标可以不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电流,电源的内阻不能,-9-,能否利用电阻箱、电压表替代滑动变阻器、电压表
4、、电流表完成实验?如果能,请画出实验电路图并写出测量的原理公式;如果不能,请说明原因。,-10-,考点一,考点二,考点三,实验原理与操作例1用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V,内电阻约1 )的电动势和内电阻,除待测电池组、开关、导线外,还有下列器材供选用:A.电流表:量程00.6 A,内电阻约1 ;B.电流表:量程03 A,内电阻约0.2 ;C.电压表:量程03 V,内电阻约30 k;D.电压表:量程06 V,内电阻约60 k;E.滑动变阻器:01 000 ,额定电流0.5 A;F.滑动变阻器:020 ,额定电流2 A。(1)为了使测量结果尽量准确,电流表应选
5、用,电压表应选用,滑动变阻器应选用(均填仪器的字母代号)。,-11-,考点一,考点二,考点三,(2)如图为正确选择仪器后,连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将和相连、和相连、和相连(均填仪器上接线柱的字母代号)。,-12-,考点一,考点二,考点三,(3)实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换滑动变阻器,重新连接电路,仍能完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U。用图象法处理采集到的数据,为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线,则可以为纵坐标,以为横坐标。,解析：(1)因三节干电池的电动势约为4.5 V,故电压表应选D;因干
6、电池放电电流不宜超过0.5 A,故电流表应选A;由电压表和电流表的测量范围可知滑动变阻器选用F即可。(2)本实验的实验电路如图所示。所以还需要用导线将a与d相连,c与g相连,f与h相连。,-13-,考点一,考点二,考点三,(3)电阻箱代替滑动变阻器,实验电路图如图所示。根据闭合电路欧姆定律得,-14-,考点一,考点二,考点三,例2用如图所示的电路,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00.6 A,03 A);(b)电压表(量程03 V,015 V);
7、(c)定值电阻(阻值01 ,额定功率05 W);(d)定值电阻(阻值010 ,额定功率010 W);(e)滑动变阻器(阻值范围010 ,额定电流2 A);(f)滑动变阻器(阻值范围0100 ,额定电流1 A)。,-15-,考点一,考点二,考点三,(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应选择的定值电阻,R应选择阻值范围是的滑动变阻器。(2)引起该实验系统误差的主要原因是。,答案,解析,-16-,考点一,考点二,考点三,数据处理与误差分析例3小明利用如图甲所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。,(1)图甲中电流表的示数为A。,-17-,考点一,考点二,考点三,(
8、2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下:,请根据表中的数据,在图乙的方格纸上作出U-I图线。,乙由图线求得:电动势E=V;内阻r=。,-18-,考点一,考点二,考点三,(3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合。其实,从实验误差考虑,这样的操作不妥,因为。,解析： (1)电流表选用量程为00.6 A,分度值为0.02 A,则其读数为0.44 A。(2)坐标系选择合适的标度,根据表中数据描点作出的U-I图线如图所示。,-19-,考点一,考点二,考点三,图线与纵轴交点为1.61 V,故E=1.61 V,由图线的斜率 =1.24知,电池内阻为1.24 。注意
9、此处不要用图象与纵轴交点值除以与横轴交点值。(3)长时间保持电路闭合,电池会发热,电池内阻会发生变化,干电池长时间放电,也会引起电动势变化,导致实验误差增大。答案： (1)0.44(2)U-I图线见解析1.61(1.591.63都算对)1.24(1.221.26都算对)(3)通电时间较长会使干电池的电动势和内阻发生变化,导致实验误差增大,-20-,考点一,考点二,考点三,特别提醒本实验的系统误差是由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。(1)如图甲所示,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,而且电压表示数越大,IV
10、越大。当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值=真实值。如图乙所示,可知E测E真,r测r真。,-22-,考点一,考点二,考点三,实验的改进与创新以本实验为背景,通过改变实验条件、实验仪器设置题目,不脱离教材而又不拘泥于教材,体现开放性、探究性、设计性等特点。1.实验方法、方案的拓展(一电表,一电阻箱法),-23-,考点一,考点二,考点三,-24-,考点一,考点二,考点三,2.实验器材的灵活选用(1)定值电阻可以作为保护电阻。(2)定值电阻可以当电压表使用。(3)定值电阻可以当电流表使用。(4)内阻已知的电压表可以当小量程的电流表使用。,-25-,考点一,考点二,考点三,例4某同
11、学用如图甲所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r,R为电阻箱。干电池的工作电流不宜超过0.5 A。实验室提供的器材如下:电压表(量程03 V,内阻约3 k);电阻箱(阻值范围0999.9 );开关、导线若干。,(1)请根据图甲的电路图在图乙中画出连线,将器材连接成实验电路。,-26-,考点一,考点二,考点三,(2)实验时,改变电阻箱R的值,记录电压表的示数U,得到若干组R、U的数据。根据实验数据绘出如图丙所示的 图线。由图象得出电池组的电动势E=V,内阻r= 。,-27-,考点一,考点二,考点三,(3)关于这个实验中存在的误差以及减小误差的各种方法,下列说法正确的是()A.
12、电压表的分流作用引起的误差属于偶然误差B.该同学读电压表读数引起的误差属于系统误差C.本实验用图象法处理数据可以减小偶然误差D.如果将电压表的内阻计算在内就可以减小系统误差,答案,解析,-28-,考点一,考点二,考点三,例5(2017广东肇庆二模)某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现,里面除了一节1.5 V的干电池外,还有一个方形电池(电动势9 V左右)。为了测定该方形电池的电动势E和内阻r,实验室提供如下器材:电流表A1(满偏电流10 mA,内阻RA1=10 )电流表A2(00.6 A,内阻未知)滑动变阻器R0(0100 ,1 A)定值电阻R(阻值990 )开关与导线若干(1)
13、根据现有的实验器材,设计一个电路,较精确测量该电池的电动势和内阻,请在甲图中的虚线框中画出电路图。,-29-,-30-,(2)请根据你设计的电路图,写出电流表A1的示数I1与电流表A2的示数I2之间的关系式:I1=。(3)乙图为该同学根据正确设计的实验电路测出多组数据并绘出的I1-I2图线,由图线可以求出被测方形电池的电动势E=V,内阻r=。(结果保留两位有效数字),-31-,-32-,-33-,考点一,考点二,考点三,特别提醒(1)例5是用安阻法测电源的电动势和内阻,R1起到给电流表扩程的作用,R0起保护作用,要完成实验测量,R1、R0、A的阻值必须已知。(2)例5数据分析时,首先根据欧姆定
14、律、串并联电路的特点,列出 与R的关系式,再进一步明确 -R图象截距、斜率的物理意义,问题即可得到解决。,-34-,1,2,3,1.用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6 V,电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有:电流表A1(量程030 mA);电流表A2(量程0100 mA);电压表V(量程06 V);滑动变阻器R1(阻值05 );滑动变阻器R2(阻值0300 );开关S一个,导线若干。某同学的实验过程如下:.设计如图甲所示的电路图,正确连接电路。.将R的阻值调到最大,闭合开关,逐次调小R的阻值,测出多组U和I的值,并记录。以U为纵轴,I为横轴,得
15、到如图所示的图线。,-35-,1,2,3,-36-,1,2,3,.断开开关,将Rx改接在B、C之间,A与B直接相连,其他部分保持不变。重复的步骤,得到另一条U-I图线,图线与横轴I的交点坐标为(I0,0),与纵轴U的交点坐标为(0,U0)。回答下列问题:(1)电流表应选用,滑动变阻器应选用。(2)由图乙的图线,得电源内阻r=。(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx=,代入数值可得Rx。(4)若电表为理想电表,Rx接在B、C之间与接在A、B之间,滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置,两种情况相比,电流表示数变化范围,电压表示数变化范围。(均选填“相同”或“不同”),答案,解析,-
16、37-,1,2,3,2.(2017河北石家庄质检)某同学利用下列器材测量两节干电池的电动势和内阻。A.待测干电池两节B.电压表V1、V2,量程均为03 V,内阻很大C.定值电阻R0(阻值未知)D.电阻箱RE.导线和开关。(1)根据如图甲所示的实物连接图,在图乙方框中画出相应的电路图;,-38-,-39-,-40-,(2)实验之前,需要利用该电路测出定值电阻R0。先把电阻箱R调到某一阻值R1,再闭合开关,读出电压表V1和V2的示数分别为U10、U20,则R0=(用U10、U20、R1表示)。(3)若测得R0=1.2 ,多次调节电阻箱R,读出相应电压表V1和V2的多组数据U1、U2,描绘出U1-U
17、2图象如图丙所示,则两节干电池的总电动势E=V,总内阻r=。,-41-,-42-,-43-,1,2,3,3.某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:一个满偏电流为100 A、内阻为2 500 的表头,一个开关,两个电阻箱(0999.9 )和若干导线。(1)由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表,则应将表头与电阻箱(填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为 。,-44-,1,2,3,(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量,实验电路如图甲所示,通过改变电阻R测量相应的电流I,且作相关计算后一并记录如下表。,根据表中数据,图乙中已描绘出四个点,请将第5、6两组数据也描绘在图乙中,并画出IR-I图线;,-45-,1,2,3,根据图线可得电池的电动势E是 V,内阻r是 。,答案,解析,
