高考物理测量电源的电动势练习

第八章电路第七节实验：测量电源的电动势和内电阻一．考点分析掌握基本测量电路，理解路端电压规律，弄清电源伏安特性曲线的意义，能根据相应图线进行数据处理与分析。二．基础回顾测量电源电动势和内电阻的常用方法：（1）方法一：用一个电流表和一个电阻箱。主要步骤及原理：如图，合上电键K后，调节电阻箱的阻值，获得一组实验数据R1、I1；改变电阻箱的阻值，再获得一组实验数据R2、I2。根据闭合电路欧姆定律E=I(R+r)，带入两组数据可得方程组：可解得：（1）方法二：用一个电压表和一个电阻箱。主要步骤及原理：如图，合上电键K后，调节电阻箱阻值，获得一组实验数据R1、U1；改变电阻箱的阻值，再获得一组实验数据R2、U2。根据闭合电路欧姆定律)(rRRUE，带入两组数据可得方程组：可解得：（3）方法三：用一个电压表和一个电流表。主要步骤及原理：如图，合上电键K后，调节滑动变阻器滑片位置，获得一组实验数据I1、U1；改变电阻箱的阻值，再获得一组实验数据I2、U2。根据闭合电路欧姆定律IrEU，带入两组数据可得方程组：ARKVRKVRKAA可解得：以上处理数据的方法，由于仅使用两组原始数据，实验误差必然较大，为了尽量减小实验的偶然误差，应该尽量使用更多的原始数据，所以，处理数据的方法用图象法。主要步骤及原理：如图，合上电键K后，多次调节滑动变阻器滑片位置，获得多组组实验数据（I1、U1）、（I2、U2）、（I3、U3）……（In、Un）。以I为横坐标，以U为纵坐标，建立直角坐标系，通过描点法找出实验数据对应的坐标点。并将坐标点拟合为一条直线。根据闭合电路欧姆定律IrEU，U-I的函数关系图象为一条倾斜直线，如图。直线与纵轴的交点表示，直线与横轴的交点表示。直线的倾斜程度反映的大小。三．例题精讲例1．在《测定干电池的电动势和电阻》的实验中，测得干电池的路端电压与相应的输出电流的多组数据，描得图象如图所示，则干电池的电动势为____V，内电阻为____Ω测量电路中，电流表为什么要采用内接法？答案：1.5，0.25。实验中所使用的电池的内阻一般较小，如果采用电流表外接法，则测出的路端电压的误差将较大，测得的电源内阻包含了电流表的内阻，相对误差太大。因此本实验中应该采用电流表的内接法。例2．在测定干电池的电动势和内电阻的实验中，使用电压表（0-3-15V），电流表（0-0.6-3A）实验要进行的步骤有:A．断开电键。B．按照电路图接好电路。C．改变变阻器滑片的位置．使电流表的示数足够大，记录一组电流表和电压表的示数。D．把变阻器的滑片滑到一端使阻值最小。D．把变阻器的滑片滑到一端使阻值最小。E．改变变阻器的滑片的位置，记录一组电压表和伏特表的示数，用同样方法测量并记录多组I、V值F．闭合电键。以上实验步骤中有什么错误和疏漏？，。改正后，按实验的合理顺序排列为。解．(1)由于被测电路为两节干电池，电动势接近3.0V，依据电表选择原则，故电压表选C。U/VOI/AU断I短1.51.41.31.21.1(2)本实验中电流最大时不大于0.5A，长时间放电时不大于0.3A。根据电表的选择原则电流表选取A。(3)因为电路中的电流在0.6—0.3A时对应电路中的电阻值为5—10，故选取E。(4)由E=U+I.r，列方程可解得：例3．用如图所示电路（Ｒ１、Ｒ２为标准定值电阻）测量电源的电动势Ｅ和内电阻ｒ时，如果偶然误差可忽略不计，则下列说法中正确的是____________．（填字母序号）Ａ．电动势的测量值等于真实值Ｂ．内电阻的测量值大于真实值Ｃ．测量误差产生的原因是电流表具有内阻Ｄ．测量误差产生的原因是测量次数太少，不能用图象法求Ｅ和ｒ若将上图中的电流表去掉，改用量程适中的电压表来测定电源的电动势Ｅ和内电阻ｒ.（1）需要读取的数据是____________；（2）其计算公式是____________；（3）在如图所示的虚线框内画出实验电路图．答案：ＡＢＣ、（1）两次电压表的读数Ｕ１和Ｕ２（2）Ｅ＝Ｕ１Ｕ２（Ｒ１－Ｒ２）／（Ｕ２Ｒ１－Ｕ１Ｒ２），ｒ＝（（Ｕ２－Ｕ１）／（Ｕ１Ｒ２－Ｕ２Ｒ１））Ｒ１Ｒ２（3）电路图略例4．现有一阻值为R的定值电阻、一个开关、若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧）要求：（1）画出实验电路图．（2）简要写出完成接线实验步骤。（3）写出用测得的量，电源内阻的表达式r＝________________。解：实验电路图见图，实验步骤为；断开开关，记下电压表偏转格数N1；合上开关，记下电压表偏转格数N2，设每一分度对应的电压值为U0，则E＝N1U0rRNNE)U(U0202联立两式得221)(NRNNr例5．某同学按如图所示电路进行实验，实验时该同学将变阻器的触片P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示：序号A1示数(A)A2示数(A)V1示数(V)V2示数(V)10.600.302.401.2020.440.322.560.48将电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零。（1）电路中E、r分别为电源的电动势和内阻，R1、R2、R3为定值电阻，在这五个物理量中，可根据上表中的数据求得的物理量（不要求具体计算）_________。（2）由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了（但不为零），若这种情况的发生是由某电阻引起的，则可能的故障原因是________。解：（1）可测出的物理量是R2、R3和E。根据是：①由V2、A1和A2示数可计算R2=U2/(I1-I2)。②由V1、A2示数可计算R3=U1/I2。图14－12－3③由V1、A1示数两组可计算E及（r+R1），即E=(I11U12-I12U11)/(I11-I12)及r+R1=(U12-U11)/(I11-I12)但r与R1在本题中不能单独计算。（2）可能R2断路，V2与V1示数相同，都等于R3的端电压；也可能R2、R3都断路，V2与V1示数也相同，都等于电动势E。四．跟踪练习1．下面给出多种用伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方法．其中既能减小偶然误差，又简便、直观的方法是（）A．测出两组I、U的数据，代入方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E、r。B．多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值。C．测出多组I、U的数据，画出U－I图像，再根据图像求E、r。D．多测出几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r。2．用伏安法测定电池的电动势和内电阻时，有以下实验步骤：A．打开电键，切断电路B．选择需要的实验器材，按电路图连好电路．C、调节滑动变阻器的滑片，减小接入电路的电阻，记录一组电流表和电压表的示数D．把滑动变阻器的滑片滑至一端，使接入电路的电阻最大E．逐次减小滑动变阻器接入电路的电阻，记录多组电流表和电压表的示数．F．闭合电键接通电路．把以上步骤的序号按合理顺序填写在横线上：3．某学生用电流表和电压测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为0-20Ω。连接电路的实物图如图。（1）该学生接线错误或不规范的是（）（A）滑动变阻器不起变阻作用（B）电流表接线有错（C）电压表量程选用不当（D）电压表接线不妥。4．在图中，R1=14.0Ω，R2=9.0Ω．开关S扳到位置1时，测得电流I1=0.20A；当S扳到位置2时，测得电流I2=0.30A．求电源的电动势和内电阻．5．现有一电阻箱，一个开关，若干根导线和一个电流表，该电流表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案，(已知电流表内阻很小，电流表量程符合要求，电源内阻约为几欧)（1）在右边方框中画出实验电路图；（2）简要写出完成接线后的实验步骤：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)写出用测得的量计算电源内阻的表达式r=_______.6．用伏安法测电池的电动势和内电阻，由于电路存在问题，当电键S闭合后，移动变阻器的滑片P时，出现下列异常现象.(A)电流表示数可变，电压表示数始终为零(B)电流表示数为零，电压表示数不变(C)电流表烧坏(D)电流表示数不变，电压表示数可变以上四种情况对应的电路如图中的(A)________，(B)________，(C)________，(D)________.7．用伏安法测定电源电动势和内电阻实验中，所测电源为两节干电池，串联电池组的内电阻估计为几欧以下。（1）画出实验电路图，并连接上面的实物示意图，标明电键闭合前变阻器滑动端的位置。（2）实验中测得数据如下表所示：在下面的U-I图中，用作图法求出电动势和内电阻。12345I（A）0.420.800.981.621.96U(V)2.802.602.502.202.00五．参考答案1．C2．BDFCEA3．（1）（A）、（B）、（D）（2）见图4．3.0V、1.0Ω5．(1)(2)①将电阻箱的阻值调至最大.②合上开关S，调节R的电阻为R1，记下电流表刻度N1.③调节R的电阻为R2，记下电流表刻度N2，断开开关S.(3)122211NNRNRN6．丁，乙，甲，丙7．实物图、实验电路如下图：AVU(V)I(A)03.02.82.62.42.22.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.1E=3V,r=0.5