实验九测定电源的电动势和内阻(含答案)

1实验九测定电源的电动势和内阻考纲解读1.掌握用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻的方法.2.掌握用图象处理实验数据的方法.3.掌握实物图连接的技巧．基本实验要求1．实验原理(1)闭合电路的欧姆定律．(2)E和r的求解：由U＝E－Ir得U1＝E－I1rU2＝E－I2r，解得E、r.(3)用作图法处理数据，如图1所示．图1①图线与纵轴交点为E；②图线与横轴交点为I短＝Er；③图线的斜率表示r＝ΔUΔI.2．实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺．3．基本操作(1)连接电路．(2)电流表用0.6A的量程，电压表用3V的量程；(3)把滑动变阻器调到最大阻值处；(4)闭合开关，调节变阻器，使表有明显的示数，记下一组数据，同理记录多组数据．规律方法总结1．实验数据求E、r的处理方法(1)列多个方程组求解，再求E、r的平均值．(2)图象法处理：以端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建系、描点、连线，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r.2．注意事项(1)为了使端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池．(2)电流不要过大，应小于0.5A，读数要快．(3)要测出不少于6组的(U，I)数据，变化范围要大些．(4)若U－I图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，应根据r＝|ΔUΔI|确定．(5)电流表要内接(因为r很小)．3．误差来源(1)偶然误差：用图象法求E和r时作图不准确．(2)系统误差：电压表分流或电流表分压.2考点一对实验原理及数据处理的考查例1(2012·重庆理综·22(2))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2所示。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U－I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2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U－I图象如图3中(a)、(b)、(c)、(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＝______Ω.当外电路总电阻为2500Ω时，该电源的输出功率P＝________mW。(均保留三位有效数字)图2图3解析①本题是利用伏安法测电源的电动势和内阻，由E＝U＋Ir得U＝E－Ir。②连接电路图要从电源正极出发，先连接串联部分，最后再进行并联，并注意电压表、电流表的正、负接线柱，以防接反．③在电源的U－I图象中，纵轴截距表示电源电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻，由题图可得，电极间距减小时，电源电动势不变，内阻增大．对图线(c)，由图得：E＝0.975V，内阻r＝|k|＝ΔUΔI＝478Ω.当R＝2500Ω时，P＝I2R＝22()ERrR，代入数据可得：P≈0.268mW.答案①U＝E－Ir②如图所示③不变增大0.9754780.268实物图连接的技巧实物图连接是一类考查学生实验技能和操作能力较为有效的题型，连线前一定要画出实验电路图，然后按图连线，且必须注意以下几点：(1)连线不能交叉；(2)必须把线接在接线柱上；(3)电流应从电表正接线柱流入，从负接线柱流出；(4)变阻器应处在有效控制状态．在实际操作中，画电路图时，各元件的相对位置应尽量与实物图相吻合；连实物图时，应先串后并，先连控制电路后连测量电路．要特别注意变阻器的分压连接，把变阻器的全电阻、开关、电源连成干路，取变阻器的部分电阻与测量电路并联即可．3考点二对实验故障的判断的考查例2在做测量一只蓄电池(电动势约为2.2V，内阻很小)的电动势和内阻的实验时，备有下列器材供选用：A．定值电阻(阻值已知为R1＝1Ω，额定功率约5W)B．定值电阻(阻值已知为R2＝10Ω，额定功率约10W)C．直流电流表(量程0～0.6A～3A，内阻不能忽略)D．直流电压表(量程0～3V～15V，内阻较大)E．滑动变阻器(阻值范围0～10Ω)F．滑动变阻器(阻值范围0～1000Ω)G．电键H．导线若干(1)为防止电源短路，用作保护电阻的定值电阻选用______(填“A”或“B”)；滑动变阻器选用________(填“E”或“F”)．(2)某同学将选定的器材在实物图4上连线完成了实验电路，闭合电键后无论怎样移动滑片P，发现电压表示数约为2.2V不变，电流表的示数几乎为零，若电路中只有一处故障，则电路故障可能是下述中的________．A．b、c间断路B．a、b间某点电阻丝断路C．P与电阻丝未接通D．保护电阻断路(3)排除故障后，某小组讨论发现图中有一条导线连接错误，请在错误导线上画上“×”，并画出正确接线。(4)改正错误后按正确操作完成实验，根据实验记录，将测量数据描点如图5，请在图上作出相应图象。则待测蓄电池的电动势E为________V，内阻r为________Ω。(结果均保留三位有效数字)图4图5解析(1)如用R2＝10Ω的定值电阻，则电流过小，与U－I图象不符，无法完成实验，因此应选A。滑动变阻器应选E，因为滑动变阻器R阻值过大，不易调节。(2)电压表有示数约为2.2V且不变，说明a、c之间断路，选项A、C正确。(3)由于电源内阻很小，电流表一定外接。(4)根据作出的图象知，纵轴截距为电动势E＝2.20V，(2.10V～2.30V皆可)k＝|ΔUΔI|＝R1＋r，所以r＝0.500Ω(0.400Ω～0.600Ω皆可)．答案(1)AE(2)AC(3)图线如图所示(4)2.20(2.10～2.30)0.500(0.400～0.600)测电源的电动势和内阻的其他几种方法1．安阻法：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图6所示，测量原理为：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，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642．伏阻法：用一个电压表和电阻箱测量，电路如图7所示，测量原理为：E＝U1＋U1R1r，E＝U2＋U2R2r。由此可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。3．伏伏法：用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图8所示．测量方法为：断开S，测得V1、V2的示数分别为U1、U2，此时，E＝U1＋U2＋U1RVr，RV为V1的内阻；再闭合S，V1的示数为U1′，此时E＝U1′＋U1′RVr，解方程组可求得E、r.图74．粗测法：用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源的电动势，此时U＝ERVRV＋r≈E，需满足RV≫r.例3某研究性学习小组采用如图9所示的电路测量某干电池的电动势E和内阻r，R为电阻箱，V为理想电压表，其量程略大于电池的电图8图9动势．实验中通过多次改变电阻箱的阻值R，从电压表上读出相应的示数U，该小组同学发现U与R不成线性关系，于是求出了相应的电阻与电压的倒数如下表所示.序号12345671R(Ω－1)0.10.40.51.02.02.55.01U(V－1)0.360.440.430.600.871.001.58回答下列问题：(1)根据表中的数据和实验原理，你认为第______(填序号)组数据是错误的，原因是__________________________________________。(2)根据实验数据，请在图10所给的坐标系中绘出1U－1R关系图线。图10(3)由图线可知，该干电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。(结果保留两位有效数字)解析(1)根据E＝U＋URr，得1U＝rE·1R＋1E，知1R变大，1U就变大，故第3组数据错误．(2)根据给定的各组1R、1U值在坐标系中描出位置，然后依据这些位置作出1U－1R图线，如图所示．(3)根据1U＝rE·1R＋1E知，纵轴截距是电动势的倒数，斜率是rE，有1E＝0.35，rE＝1.58－0.355.0－0，得E≈2.9V，r≈0.71Ω.答案(1)3随着电阻的减小路端电压应逐渐减小(2)见解析图(3)2.90.711．(1)用电压表、电流表测定电源的电动势和内阻实验，采用的是下列________电路图．（2）某同学将和测得的数值逐一描绘在坐标纸上，再根据这些点分别画出了图线a与b，如图11所示，你认为比较合理的是图线________(填“a”或“b”)．5图11（3）根据该图线得到电源电动势的大小是________V；内阻是________Ω(结果保留两位小数)．2．(2012·福建理综·19(2))某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势E.①先直接用多用电表测定该电池电动势．在操作无误的情况下，多用电表表盘示数如图12，其示数为________V.②然后，用电压表、电阻箱R、定值电阻R0、开关S、若干导线和该电池组成电路，测定该电池电动势．(i)根据电路图14，用笔画线代替导线，将实物图13连接成完整电路．图12图13图4(ii)闭合开关S，调整电阻箱阻值R，读出电压表相应示数U.该学习小组测出大量数据，分析筛选出下表所示的R、U数据，并计算出相应的1R与1U的值．请用表中数据在图15上描点，并作出1U－1R图线.R(Ω)166.771.450.033.325.020.0U(V)8.35.94.84.23.22.91R(×10－2Ω－1)0.601.402.003.004.005.001U(V－1)0.120.170.210.240.310.34(iii)从图线中可求得E＝________V.3．某同学在“用电流表和电压表测电池的电动势和内阻”的实验中，图15串联了一只2.5Ω的保护电阻R0，实验电路如图16所示．(1)连好电路后，当该同学闭合电键时，发现电流表示数为0，电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未发生短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a、b，b、c，d、e时，示数均为0，把两表笔接c、d时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是________________。图16(2)按电路原理图及用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接c、d时的实物电路图如图17所示，请以笔画线代替导线连接起来。图176图21图224．在“测量电源的电动势和内阻”的实验中，因找不到合适的电流表，某同学设计了如图18所示的测量电路，图中器材规格如下：电源E(电动势约为3V，内阻未知)电压表V1(量程0～3V，内阻约3kΩ)电压表V2(量程0～3V，内阻很大)滑动变阻器R(0～20Ω)定值电阻R0＝2Ω(1)请根据电路图在图19中完成实物连线。图18图19(2)下表是该同学的实验数据表格，请根据表中数据在图20所示坐标纸中作出U1－U2图线.U1(V)2.792.682.572.442.362.27U2(V)0.380.600.821.011.231.40(3)根据图线可求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(结果保留3位有效数字)5．在“测定电池的电动势和内阻”的实验中：（1）第一组同学利用如图21所示的实验装置测量，电压表应选择量程________(填“3V”或“15V”)，实验后得到了如图22所示的U－I图象，则电池内阻为________Ω.(电压表、电流表均为理想电表)（2）第二组同学也利用图21的实验装置测量另一节干电池，初始时滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上电键后发现P向左滑过一段距离后电流表才有示数．设滑片P向左滑动的距离为x，该组同学分别作出了电压表读数U与x、电流表读数I与x的关系图，如图23所示，则根据图象可知，电池的内阻为________Ω。图236．小明要测量一电源的电动势E和内阻r，实验器材有：一只DIS电流传感器(可视为理想电流表，测得的电流用I表示)，一只电阻箱(阻