实验九 测定电源电动势和内阻

扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理实验九测定电源电动势和内阻一、实验目的(1)掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法。(2)学会用图象法求电源的电动势和内阻。二、实验原理1．实验依据闭合电路欧姆定律。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理2．实验电路如图实－9－1所示图实－9－13．E和r的求解由U＝E－Ir，得：U1＝E－I1rU2＝E－I2r，解得：E＝I1U2－I2U1I1－I2r＝U2－U1I1－I2扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理4．作图法数据处理如图实－9－2所示。图实－9－2(1)图线与纵轴交点为E。(2)图线与横轴交点为I短＝Er。(3)图线的斜率绝对值表示r＝|ΔUΔI|。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理三、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、刻度尺、铅笔等。四、实验步骤(1)电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按图连接好电路。(2)把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端。(3)闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)。用同样方法测量出多组I、U值。填入表格中。(4)断开开关，拆除电路，整理好器材。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理五、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。I/AU/V第6组第5组第4组第3组第2组第1组扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理方法一：联立六组对应的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。方法二：在坐标纸上以路端电压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(I，U)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，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值即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率绝对值即为电池的内阻r，即r＝|ΔUΔI|。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理六、注意事项(1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的干电池)。(2)在实验时，电流不能过大，通电时间不能太长，以免对E与r产生较大影响。(3)要测出不少于6组的(I，U)数据，且变化范围要大些，然后用方程组求解，并求平均值。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理(4)画U－I图线时，由于读数的偶然误差，描出的点不在一条直线上，在作图时应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去。这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。(5)由于干电池的内阻较小，路端电压U的变化也较小，这时画U－I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，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)。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理七、误差分析1．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。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理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)如图实－9－3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越大。图实－9－3扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理结论：①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，短路电流测量值＝真实值。②E测E真。③因为r测＝E测I短，所以r测r真。从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测)，如图乙所示，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻R断开时，a、b两点间电压Uab等于电动势E测，此时电源与电压表构成回路，所以UabE真，即E测E真。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理(2)若采用如图实－9－4甲所示的电路，IA为电源电流真实值，理论上有E＝U＋UA＋IAr，其中UA不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，UA越大，当电流为零时，UA＝0，电压为准确值，等于E。图实－9－4扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理结论：①E为真实值。②I短测I短真。③因为r测＝EI短测，所以r测r真，r测为r真和RA的串联值，由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的测量误差非常大。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理实验原理与操作[例1](2014·福建高考)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理如图甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计○G改装的电流表○A，○V为标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R为滑动变阻器，R0是标称值为4.0Ω的定值电阻。(1)已知灵敏电流计○G的满偏电流Ig＝100μA、内阻rg＝2.0kΩ，若要改装后的电流表满偏电流为200mA，应并联一只________Ω(保留一位小数)的定值电阻R1；扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理(2)根据图实－9－5甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路。图实－9－5扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理(3)某次实验的数据如下表所示：16014012010080604020改装表读数I/mA4.464.594.714.834.945.045.165.26电压表读数U/V87654321测量次数○V○A该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法)，计算出电池组的内阻r＝________Ω(保留两位小数)；为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是________________________________________。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理(4)该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是________。(填选项前的字母)A．电压表内阻的影响B．滑动变阻器的最大阻值偏小C．R1的实际阻值比计算值偏小D．R0的实际阻值比标称值偏大扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理[解析](1)根据并联分流规律可知，Igrg＝(I－Ig)R1，代入解得R1≈1.0Ω。(2)连接实物电路图时，注意按照电流的方向依次连接各用电器，最后将电压表和电流计分别并入电路。(3)根据电源的伏安特性曲线可知，电源的内阻r＝ΔUΔI－R0，结合逐差法可得，r＋R0＝U1－U5I5－I1＋U2－U6I6－I2＋U3－U7I7－I3＋U4－U8I8－I4÷4＝U1＋U2＋U3＋U4－U5＋U6＋U7＋U84I5－I1≈5.66Ω，所以r≈1.66Ω；逐差法处理实验数据时能够充分利用已测得的数据，以减小实验的偶然误差。(4)电动势测量值误差很小，说明电压表分流产生的扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理误差可以忽略不计，而内阻测量值偏大，根据(3)中计算式可知，其可能原因是R0标称值比实际值小，D项正确；或者通过电源的电流的测量值小于真实值，即与电流计并联的电阻R1的实际值小于计算值，C项正确。[答案](1)1.0(2)如图实－9－6所示(3)1.66充分利用已测得的数据(4)CD图实－9－6扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理[题组演练]1．(2013·浙江高考)采用如图实－9－7所示的电路“测定电池的电动势和内阻”。图实－9－7(1)除了选用图实－9－8中的部分器材外，_______(填选项)；A．还需要电压表B．还需要电流表C．还需要学生电源D．不再需要其他器材图实－9－8扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理(2)测量所得数据如下：0.430.620.670.740.780.90U/V1.201.000.890.800.700.60I/A0.20.40.60.81.01.2R/Ω654321测量次数物理量用作图法求得电池的内阻r＝________；(3)根据第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻RA＝_____。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理解析：(1)除图中给出的器材外，还需要电压表，故应选A；(2)作出U­I图像，可求得电池的内阻r＝ΔUΔI＝1.34－0.401.25Ω＝0.75Ω；(3)由U＝I(R＋RA)和第5组数据，得：电流表的内阻RA＝UI－R＝(0.621.00－0.4)Ω＝0.22Ω。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理答案：(1)A(2)如图所示0.75Ω(±0.10Ω)(3)0.22Ω扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理2．(2015·德州模拟)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1.5V的干电池外，还有一个方形的电池(层叠电池)。为了测定该电池的电动势和内电阻，实验室中提供如下器材：A．电流表A1(满偏电流10mA，内阻10Ω)；B．电流表A2(0～0.6A，内阻未知)；C．滑动变阻器R0(0～100Ω，1A)；D．定值电阻R(阻值990Ω)；E．开关与导线若干。扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理该同学根据现有的实验器材，设计了如图实－9－9甲所示的电路，图乙为该同学根据上述设计的实验电路测出多组数据并绘出的I1－I2图线(I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数)，则由图线可以得到被测电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。(结果保留两位有效数字)图实－9－9扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理解析：由实验电路，R和A1串联相当于电压表，根据闭合电路欧姆定律E＝I1(R＋RA1)＋(I1＋I2)r解得：I1＝1R＋RA1＋rE－rR＋RA1＋rI2延长I1－I2图线，当I2＝0时，读出I1＝9.0mA，图线斜率的绝对值rR＋RA1＋r＝ΔI1ΔI2，解得E＝9.1V，r＝10Ω。答案：9.110扫清认知障碍考情案例导析质量铸就品牌品质赢得未来结束实验九测定电源电动势和内阻物理数据处理与误差分析[例2]用图实－9－10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