高考物理复习课件 专题八(实验十：测定电源的电动势和内阻)

实验十：测定电源的电动势和内阻一、测定电源的电动势和内阻1．实验原理(1)公式法：如图S10－1所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组U、I值，利用U＝E－Ir求出几组E、r值，最后分别算出它们的平均值.智浪教育--普惠英才文库图S10－1图S10－2(2)作图法：在坐标纸上以I为横坐标、U为纵坐标，用测出的几组I、U值，画出U－I图象．如图S10－2所示，所得直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．智浪教育--普惠英才文库2．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)把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端．(3)闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I、U)，用同样方法测量几组I、U值，记录在表格中．(4)断开开关，整理器材.(5)处理数据，用公式法或作图法求出电源的电动势和内阻的阻值.智浪教育--普惠英才文库3．注意事项(1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应大些(选用已使用过一段时间的干电池)．(2)电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A，因此，实验中不要将R调得过小，读电表示数要快，每次读完应立即断电．(3)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，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．智浪教育--普惠英才文库(4)画U－I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去．这样可使偶然误差得到部分抵消，提高精确度．(5)计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用公式计算出电源的内阻r.4．误差分析(1)测量电路存在系统误差．图S10－3中I真＝I测＋IV，未考虑电压表的分流．图S10－3智浪教育--普惠英才文库(2)用图象法求E、r时，作图不准确造成偶然误差．(3)由于实验电路及电压表、电流表内阻的影响，本实验结果E测E真，r测r真．定性分析如下(参考电路原理图S10－1)：由于电压表的分流，电流表的测量值偏小，而且随着U越大，电流表的测量值偏小越多．当U＝0时，电流表的测量值等于真实值(这时要求电流表是理想的)．据此作出如图S10－3所示的真实和测量的U－I图线，由图不难看出，E、r的测量值均小于真实值．智浪教育--普惠英才文库二、测电源电动势和内阻的其他方法1．用电流表、电阻箱测量(1)电路图：如图S10－4所示．图S10－4(2)原理：根据闭合电路的欧姆定律得E＝IR＋Ir，改变电阻箱的阻值就能得到R、I数据，利用两组数据就能求得E、r，也可利用多组数据作图象来求解．智浪教育--普惠英才文库(2)原理：根据闭合电路的欧姆定律得E＝U＋—r，改变电2．用电压表、电阻箱测量(1)电路图：如图S10－5所示．图S10－5UR阻箱的阻值就能得到R、U数据，利用两组数据就能求得E、r，也可利用多组数据作图象来求解．智浪教育--普惠英才文库题组1测定电源的电动势和内阻1．在用电压表、电流表测两节干电池串联的电动势和内阻时，除备有被测电池、电键和足够的导线外，还备有下列仪器可供选择：A．电流表(0～0.6A)C．电压表(0～3V)B．电流表(0～3A)D．电压表(0～15V)E．滑动变阻器(20Ω，2A)F．滑动变阻器(1700Ω，0.3A)应该选用的仪器是__________(填器材前面的选项字母)．智浪教育--普惠英才文库实验次数123456U/V2.702.502.302.001.801.62I/A0.080.160.250.360.450.50一个学生用以上仪器测得如上表所示数据，根据这些数据，在图S10－6所示坐标轴上画出U－I图象，从图中可得出电源电动势为______V，内阻为________Ω.图S10－6智浪教育--普惠英才文库2.92.4答案：A、C、E如图48所示图48智浪教育--普惠英才文库实验次数123456I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.052．(2011年广东龙山中学期末)测量电源电动势和内阻的器材如图S10－7甲所示，请用实线表示导线，将图甲中器材连成实验电路，实验时经测量得出的数据如下表．为了减小误差，请选择适当的刻度，在图乙的方格纸上画出U－I图线．利用图线可求出电源的电动势和内阻分别为________、________.智浪教育--普惠英才文库图S10－7智浪教育--普惠英才文库答案：如图49甲和乙所示1.46V0.71Ω图49智浪教育--普惠英才文库题组2测电源电动势和内阻的其他方法3．利用如图S10－8所示的一个电压表、一个电阻箱和一个电键，测量一个电池组的电动势和内阻．(1)在虚线框内画出实验电路图，并用笔画线做导线将所给器材连接成实验电路．图S10－8智浪教育--普惠英才文库(2)写出要记录的数据，用记录的实验数据写出这个电池组的电动势和内阻的表达式．甲乙图50答案：(1)如图50甲和乙．智浪教育--普惠英才文库(2)改变电阻箱阻值，读出两组外电阻和对应的路端电压值，分别记为R1、U1，R2、U2.这个电池组的电动势和内阻的表达式分别为E＝R1－R2U1U2U2R1－U1R2，r＝U1－U2R1R2U2R1－U1R2.智浪教育--普惠英才文库4．在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：A．干电池(电动势E约为1.5V，内阻r约为1.0Ω)B．电流表G(满偏电流3.0mA，内阻Rg＝10Ω)C．电流表A(量程0～0.6A，内阻约为0.5Ω)D．滑动变阻器R(0～20Ω，10A)E．滑动变阻器R′(0～100Ω，1A)F．定值电阻R3＝990ΩG．开关和导线若干智浪教育--普惠英才文库(1)为了能准确地进行测量，也为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是________(填器材前面选项字母)．(2)请在虚线框内画出实验原理图．(3)写出要记录的数据，用记录的实验数据写出这节干电池的电动势和内阻的表达式．智浪教育--普惠英才文库答案：(1)D(2)如图51所示．图51(3)改变滑动变阻器R的阻值，读出两组电流表A的电流值和对应的电流表G的电流值，分别记为IA1、IG1，IA2、IG2..这节干电池的电动势和内阻的表达式分别为E＝R3＋RgIG1IA2－IA1IG2IA2＋IG2－IA1－IG1r＝R3＋RgIG1－IG2IA2＋IG2－IA1－IG1.智浪教育--普惠英才文库题型图象法处理闭合电路实验问题【例题】(2009年北京卷)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池．该同学想测量一下这个电池的电动势E和内阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9Ω，可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig＝0.6A，内阻rg＝0.1Ω)和若干导线．(1)请根据测定电动势E和内阻r的要求，设计图S10－9中器件的连接方式，画线把它们连接起来.智浪教育--普惠英才文库图S10－9图S10－10(2)接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，并作记录．当电阻箱的阻值R＝2.6Ω时，其对应的电流表的示数如图S10－10所示．处理实验数据时，首先计算出每个电流值I的倒数1I；再作R－1I坐标图，如图S10－11所示，图中已标注出了1I，R的几个与测量对应的坐标点．请你将与图S10－10实验数据对应的坐标点也标注在图S10－11上．智浪教育--普惠英才文库图S10－11(3)在图S10－11上把描绘出的坐标点连成图线．(4)根据图S10－11描绘出的图线可得出这个电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.智浪教育--普惠英才文库解析：(1)先设计实验电路图，然后再根据电路图连线．由欧姆定律E＝I(R＋r)知，只要知道两组外电阻和电流值，就可以解出电源电动势和内阻．因此，直接将可变电阻和电流表串联在电路中就行．(2)由电表可读出此时电流为0.50A，则坐标为(2,2.6)．(3)剔除明显有误差的点，将其他点用平滑的曲线连接起来，得到一条直线．(4)将欧姆定律的表达式E＝I(R＋r)变形得R＝EI－r，由此式可知，外电阻和电流的倒数呈线性关系．将图中的直线延长，与纵坐标轴的交点值为－r＝－0.3Ω，则内阻为0.3Ω，直线的斜率为k＝E＝5.6－2.64－2V＝1.5V.智浪教育--普惠英才文库答案：(1)如图52所示．(2)如图53所示．(3)如图53所示．(4)1.50.3图52图53智浪教育--普惠英才文库备考策略：在测电源电动势和内阻的实验中，应用图象处理实验数据考得比较多，一般是用伏特表和安培表配合测量电动势和内阻，变化量是U和I，由闭合电路欧姆定律变形得U＝E－Ir，所以用U－I图象，图象与U轴截距表示电动势，图象斜率等于内阻r.电阻箱与安培表配合测量电动势和内阻，变化量是R和I，由闭合电路欧姆定律变形得R＝E·1I－r，所以用R－1I图象，在R轴的截距是－r，斜率为电动势E.电阻箱与伏特表配合测量电动势和内阻，变化量是R和U，由闭合电路欧姆定律变形得1U＝rE·1R＋1E，所以用1U－1R图象，在1U轴的截距是1E，斜率为rE.智浪教育--普惠英才文库1．(潮阳2012届高三模拟)某同学利用电流表和电阻箱测量电池组的电动势和内阻，实验原理如图S10－12.图S10－12(1)实验的主要步骤如下：A．检查并调节电流表指针指零，将开关S断开，按照电路图连线．智浪教育--普惠英才文库B．调节电阻箱R的阻值至____________．最大值C．将开关S闭合，逐渐调节R使电流表指针有足够的偏转，记下此时________________和________________．电阻箱的阻值电流表的示数图S10－13D．改变R的阻值测出几组I随R变化的数据，由R＝EI－r作出R－1I的图线如图S10－13所示．智浪教育--普惠英才文库(2)由图S10－13可求得电动势E＝___________V，内阻r＝____________Ω.(结果保留两位有效数字)(3)由于电流表不是理想电流表，所以测得电源内阻比实际大值偏______(填“大”或“小”)．2.8(2.6～3.0)1.0(0.6～1.0)智浪教育--普惠英才文库易错点由U—I图象求解电动势和内阻【例题】(双选)如图S10－14是某电源的路端电压与电流)图S10－14的U—I图象，下列说法中正确的是(A．该电源的电动势是2.8VB．该电源的短路电流是1.0AC．该电源的内阻是2.8ΩD．该电源的内阻是0.8Ω智浪教育--普惠英才文库错解分析：错选B、C，误把图线与I轴的截距当成了短路电流．错误原因是没有理解短路电流是路端电压为零时的电流，而与I轴相交时路端电压为2.0V．看错短路电流后，用r＝EI短求内阻，而错选C.ΔUΔI该图线斜率的绝对值，所以r＝＝2.8－2.01.0Ω＝0.8Ω，C错误，D正确．故选A、D.正确解析：图线与U轴的交点表示电流为零时的路端电压，即是电动势E，A项正确；电流为1.0A时的路端电压是2.0V，所以电源的短路电流应该大于1.0A，B项错误；电源的内阻是智浪教育--普惠英才文库方法点拨：解答此类问题首先要看清楚纵坐标轴的标度是否从零开始，若从零开始，则纵截距表示电源电动势，横截距表示短路电流；若纵坐标不是从零开始标注的，纵截距依然是电源电动势，横截距则不再表示短路电流．指点迷津：在做“测定电源电动势和内阻”实验中，由于干电池的内阻较小，斜率太小，所以描点及所连线的下部空间得不到利用，误差太大，为此，可使纵坐标(U轴)不从零开始，把坐标比例放大，以减小误差，所以这样画出的图线与横轴(I轴)的交点并不是路端电压为零时的电流，即不是短路电流．但与纵坐标(U轴)的交点表示电流为零时的电压，还是表示电动势E.对于电源的U—I图象，应正确地理解