高考物理实验 实验九 测定电源的电动势和内阻

高考物理实验 实验九 测定电源的电动势和内阻内容摘要：

1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 (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。 (1)实验依据：闭合电路欧姆定律。 (2)实验电路：如图实91 所示。 (3)E 和 r 的求解：由 UE 1得：得：实92(4)作图法数据处理，如图实92 所示：图线与纵轴交点为电动势 E。 图线与横轴交点为短路电流 I 短。 线的斜率的大小表示内阻 r| |。 测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔。 (1)电流表用 量程，电压表用 3 V 量程，按图实91 所示连接好电路。 光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 2、(2)把滑动变阻器的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一端。 (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( 1)。 用同样方法测量几组 I、U 值，填入表格中。 第 1 组 第 2 组 第 3 组 第 4 组 第 5 组 第 6 组U/(4)断开开关，拆除电路，整理好器材。 1公式法取上表六组对应的 U、I 数据，数据满足关系式 2EI 2r、U 3EI 3r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。 2描点法以路端电压 U 为纵轴、干路电流 I 为横轴建 3、立 UI 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| |。 )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 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 4、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 值再求平均值。 (4)在画 UI 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93 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光世昌老师 5、高中物理精品资源免费下载地址。 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。 |实931偶然误差(1)由读数不准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的误差。 (3)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起 E、r 变化。 2系统误差由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。 (1)本实验采用如图实91 所示电路，由于电压表的分流 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 I V，而 / 越大，I V 越大，U 趋近于零时趋近于零。 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， 6、比真实值偏小。 修正后的图线如图实94 所示，显然 E、r 的测量值都比真实值偏小，r 测 r 真。 图实95以上测量方法一般称为伏安法，测电源的电动势和内阻还有以下几种方法：1安阻法光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ，电路如图实96 甲所示，测量原理为：EI 1(R1r)，EI 2(R2r )，由此可求出 E 和 r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。 图实962伏阻法用一个电压表和电阻箱测量，电路如图实96 乙所示，测量原理为：EU 1 r，EU 2 r，由此可求出 r 和 E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。 2测法用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认 7、为是电源电动势，此时 U E，需满足 RVr。 路如图实97 所示。 测量方法为：断开 S，测得 2 的示数分别为 2，此时，EU 1U 2 r，R V 为 内阻；再闭合 S，V 11，此时 EU 1 r，解方程组可求得 E。 7仪器选择与误差分析例 1用如图实98 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 保护作用。 除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 98(a)电流表(量程 、3 A)；(b)电压表(量程 3 V、15 V)；(c)定值电阻(阻值 1 、额定功率 5 W)；(d 8、)定值电阻(阻值 10 、额定功率 10 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)。 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；R 0 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_。 解析(1)由于一节干电池的电动势为 ，故选量程为 3 V 的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几欧左右，加上保护电阻，最大电流在 左右，所以选量程为 的电流表；由于电池内阻很小，保护电阻太大，会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大， 9、故取阻值为 1 的定值电阻；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，故取 010 的滑动变阻器。 (2)系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小。 本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成 E 测 E 真 ，r 真。 答案(1)3010(2)见解析电路设计与数据处理例 2在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，现有下列器材：待测干电池一节；电流计 G(满偏电流为 2.5 阻为 199 )；定值电阻 ；光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 ；电阻箱 R(0)；开关 S、导线若干。 (1)请在下面所给方框内，画出实验电路图，其中定值电阻应 10、选用_( 选填“R 1”或“；(2)某同学在实验中测出了电阻箱的电阻 R 和电流计 G 的示数 录数据见下表。 请在下面坐标图中描点作出 R 图线。 1 1 2 3 4 5 6R/ 9(3)根据图线可求得，被测电池的电动势 E_V ，内阻 r_。 解析电流计量程太小，应先与定值电阻 量程扩大为 II g 5 A，由闭合电路欧姆定律得 EI( RrR A)(I g )(RrR A)，( )R( )(rR A)，其中 ，结合图线可得1E E 991199 1EV( 均对 )，r( 均对)。 答案(1)实验电路图如图甲所示R 1(2)如图乙所示 (3)可)可)光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 例 11、3(2012重庆高考)某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势 E 和内阻 r，并探究电极间距对 E 和 r 的影响。 实验器材如图实910 所示。 图实910(1)测量 E 和 r 的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压 U 和流过电源的电流 I，依据公式_，利用测量数据作出 UI 图象，得出 E 和 r。 (2)将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在图实910 中用笔画线代替导线连接电路。 (3)实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的 UI 图象如图实911 中(a) 、 (b)、(c )、( 12、d)所示，由此可知：在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势_( 填“增大” “减小”或“不变”)，电源内阻_(填“增大” “减小”或“不变”)。 曲线(c)对应的电源电动势 E_V，内阻 r_。 当外电路总电阻为 2 500 时，该电源的输出功率 P_ 均保留三位有效数字)图实911光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 解析(1)根据欧姆定律，路端电压等于电动势减去内电压，即 UE(2)该实验要求路端电压测量准确，故电压表应直接接在电源的两端，滑动变阻器只需能改变路端电压的值即可，故采用限流式接法。 (3)根据图象，电流为零时，路端电压等于电动势，四条图线对应值均相同，故电极间距减小时，电源电动势不变，四条图线中图线(d) 短路电流最小，故内阻最大，即随电极间距减小，内阻增大；图线(c)对应电动势从图线中直接读出，为 ，当电流为 0.8 端电压为 ，由 UE算得 r478 ；当外电路总电阻为 2 500 ，则路端电压为 U E ，输出功率 P。