【三年高考】2016届高三物理一轮复习(浙江专用课件)第七章恒定电流第6讲实验九_测定电池的电动势和

浙江专用物理第6讲实验九:测定电池的电动势和内阻实验目的1.掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法;进一步理解闭合电路欧姆定律。知识梳理2.掌握用图像法求电动势和内阻的方法。实验原理本实验的依据是闭合电路欧姆定律,实验电路如图甲所示。改变变阻器的阻值,从电流表、电压表中读出几组U、I值,每两组数据可组成方程组 ,解得 也可采用作图法,实验中要多测几组数据,作出如图乙所示图线,所得图线的纵截距即为电动势的值,图线斜率的绝对值即为内阻r的值。1122UEIrUEIr1221122112IUIUEIIUUrII。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。实验步骤1.按实验原理中图甲连接好电路。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)。用同样方法测量几组I、U值。4.断开开关,拆除电路,整理好器材。5.取坐标纸,以电流I为横轴,路端电压U为纵轴,描绘出所记录的各组I、U值的对应点,连成U-I图线。延长U-I图线,它与坐标轴有两个交点,读取E、I短,进一步可以算出r= = 。EI短UI注意事项1.电流表一般选0~0.6A,电压表一般选0~3V。2.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻应选得大些(选用已使用过一段时间的干电池)。3.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。4.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,类似于逐差法,要将测出的I、U数据再分组,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E、r值再求平均值。5.在画U-I图线时,要使尽可能多的点落在这条直线上,不在直线上的点应均匀分布在直线两侧,不要顾及个别离开直线较远的点,以减小偶然误差。6.干电池内阻较小时,U的变化较小,此时,坐标系中数据点将呈现如图甲所示的状况,使下部大部分空间得不到利用。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对应的电流值不表示短路电流,而图线的纵截距仍为电动势。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。 UI1.如图甲所示,电压表V1、V2串联接入电路中时,示数分别为6V和4V,当只有电压表V2接入电路中时,如图乙所示,示数为9V,电源的电动势为 ()A.9.8VB.10VC.10.8VD.11.2V1. 答案C设电源的电动势和内阻分别为E和r,电压表V2的内阻为R2,根据闭合电路欧姆定律,对图甲和图乙分别有:E=6V+4V+ r,E=9V+ r,解得:E=10.8V。故只有选项C正确。24VR29VR2.测量电源的电动势E及内阻r(E约为4.5V,r约为1.5Ω)。器材:量程为3V的理想电压表 ,量程为0.5A的电流表 (具有一定内阻),定值电阻R=4Ω,滑动变阻器R',开关S,导线若干。(1)画出实验电路原理图。图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出。(2)实验中,当电流表读数为I1时,电压表读数为U1;当电流表读数为I2时,电压表读数为U2。则可以求出E=,r=。(用I1、I2、U1、U2及R表示)2. 答案(1)见解析(2)  -R 解析(1)如图所示 (2)列方程:E=U1+I1(r+R),E=U2+I2(r+R),解得:E= ,r= -R。122112IUIUII2112UUII122112IUIUII2112UUII3.要测定某电池的电动势和内电阻,某同学按如图甲所示的电路图连接好电路并进行如下操作: 甲乙(2)根据数据,作出 -R图像,如图乙所示,则根据图像可以求出:电池电动势E=V,内阻r=Ω。1I(1)闭合开关S1,多次调节电阻箱的阻值,并记录下每次的电阻值R及对应的电流表A的示数I(电流表的内阻很小,可忽略不计);3. 答案(2)24 解析根据实验原理和闭合电路欧姆定律得:E=I(R+r),变形成符合图像的线性关系为 = + ,由图像得R=0时: = =2.0A-1,斜率: = V-1=0.5V-1,解得:E=2V,r=4Ω。1IRErErE1I1E5.02.064.用如图所示电路测量干电池的电动势和内阻(电动势约为1.5V,内阻约为0.5Ω,允许通过的最大电流为0.6A)。图中电压表 的量程为2.0V,内阻为3000Ω,电流表 的量程为0.10A,内阻为5.0Ω。除被测电池、开关和导线外,还有如下器材:A.滑动变阻器:阻值范围为0~10ΩB.滑动变阻器:阻值范围为0~100ΩC.定值电阻:阻值为1ΩD.定值电阻:阻值为100Ω(1)为了满足实验要求并保证实验的精确度,R2应选阻值为Ω的定值电阻;为便于调节,图中R1应选择阻值范围是Ω的滑动变阻器。(2)实验中,当电流表读数为0.10A时,电压表读数为1.16V;当电流表读数为0.05A时,电压表读数为1.28V。则可以求出E=V,r=Ω。4. 答案(1)10~10(2)1.40.4 解析(1)因电流表的内阻为5.0Ω,量程为0.10A,为了保护电流表,根据并联电路的特点,应并联一个小电阻,使流过此支路的电流比较大,达到保护电流表的目的,R2应选1Ω的定值电阻;根据并联电路的特点,并联电路的总电阻比任意支路的电阻都要小,为了能明显控制电路总电阻的变化,应选用最大阻值与电压表内阻相差大的滑动变阻器,即选阻值范围为0~10Ω的滑动变阻器。(2)根据题意,U1=1.16V,I1=0.10A;U2=1.28V,I2=0.05A。利用闭合电路欧姆定律得:E=U1+ r,E=U2+ r,代入数据可解得11A1V2UIRIRR22A2V2UIRIRRE=1.4V,r=0.4Ω。典例1用电流表和电压表测一节干电池的电动势和内阻,图甲、乙是给出的两个供选用的电路图。 典例剖析甲乙  丙丁材连成实验用的电路。(2)实验时,经测量得出的数据如下表,请在图丁所示的坐标系中画出U-I图像。利用图像可求出该干电池的电动势和内阻分别为V、Ω。(1)为了较精确地测定电池的电动势和内阻,实验中应选用(填“甲”或“乙”)电路。正确选择电路后,请用笔画线代替导线将图丙中器123456I/A0.120.200.310.330.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05(3)若不作出图像,只选用其中两组U和I的数据,利用公式E=U+Ir列方程求E和r,这样做可能得出误差很大的结果。其中,选用第组和第组数据,求得E和r的误差最大。 解析(1)电流表与电源的内阻相差不大,图甲电路测出的是电流表与电源的内阻之和,故误差太大,应选图乙电路测量。(2)作图像时应使尽可能多的点落在直线上,个别偏离太大的点应舍去。由图线与纵轴的交点可得电动势E=1.45V,再读出图线与横轴交点的坐标(0.65,1.00),由E=U+Ir,得r= = Ω=0.69Ω。(3)由图像可以看出第4组数据的点偏离直线最大,应舍去。若选用第3组和第4组数据求E和r,相当于过图中第3个点和第4个点作一直线求E和r,而此EUI1.451.000.65直线与所画的图线偏离最大,所以选用第3组和第4组数据求得的E和r误差最大。 答案(1)乙如图(a)所示 (2)如图(b)所示1.450.69(3)34典例2在做“测定电源的电动势和内阻”的实验时,提供的器材有:待测电源一个,内阻为RV的电压表一个(量程大于电源电动势),电阻箱一个,开关一个,导线若干。(1)请在虚线框内画出你所设计的实验电路图。 (2)为了测量更加准确,多次改变电阻箱的阻值R,读出电压表相应的示数U,以 为纵坐标,画出 与某物理量的关系图像(该图像为一条直线),如图所示。由图像可得到直线的纵截距为m,直线斜率为k,请写出电源电动势E和内阻r的表达式。 解析(1)本题的电路设计有两种:电压表与电阻箱串联和电压表与电阻箱并联,分别如图甲、乙所示。 1U1U甲乙(2)对于电路图甲,当开关S闭合时,设电路中的电流为I,根据闭合电路欧姆定律有:E=U+I(r+R)=U+ (r+R),整理得 = + + 。可见, 是R的一次函数,其图像为一条直线,符合题意。故横坐标应表示R,则k= ,m= + ,解得E= ,r= 。对于电路图乙,根据闭合电路欧姆定律有:VUR1UVRERVrER1E1UV1ERVrER1EV1kRVmkRkE=U+Ir=U+ r,而R外= ,整理得 = + + 。可见, 是 的一次函数,其图像为一条直线,符合题意。故横坐标应表示 ,则k= ,m= + ,解得E= ,r= 。 答案见解析UR外VVRRRR1UrERVrER1E1U1R1RrEVrER1EVVRmRkVVkRmRk