2012届高考一轮复习课件：7.6实验：测定电源的电动势和内阻

一、实验目的1．用闭合电路欧姆定律测定电源的电动势和内电阻．2．进一步加深对闭合电路欧姆定律的理解．3．进一步熟练掌握电压表和电流表的使用方法．111221221221122112()/()1()/()EUIrRREEIUIUIUUrRIrUUIUIUErR．根据闭合电路欧姆定律＝＋可知，当外电路的电阻分别取、时，有＝　和　　可得出＝－－＝－－可见，只要测出电源在不同负载下的输出电压和输出电流，就可以算出电＋　＝源的电动势和内电阻．＋二、实验原理2．为减小误差，至少测出6组U、I值，且变化范围要大些，然后在U－I图7－6－1中描点作图，由图线纵截距和斜率找出E、r.三、实验器材被测电池(干电池)、电流表、电压表、滑动变阻器、电键和导线等．四、探究过程1．确定电流表、电压表的量程，按7－6－2甲所示电路把器材连接好，如图乙所示．2．把变阻器的滑动片移到一端使阻值达到最大．3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数．记录一组电流表和电压表的示数，用同样方法测量并记录几组I、U值；4．断开电键，整理好器材；5．数据处理：用原理中方法计算或在U－I图中找出E、r.五、误差分析1．测量电路存在系统误差I真＝I测＋IV，实验中未考虑伏特表的分流影响．2．用图象法求E、r时存在偶然误差．3．本实验结果：E测＜E真，r测＜r真．())(+()+ERrUEIrIURERr电动势和内电阻是电源的两个重要参数．电动势和内电阻的测定方法归纳起来分别对应闭合电路欧姆定律的三种不同形式．第一种形式路端电压和干路电流间的关系＝－简称伏安法，第二种形式干路电流和外电阻间的关系＝简称安阻法，第三种形式路端电压和外电阻间的关系＝简称伏阻法．六、电源的电动势和内电阻测定方法一、测定电源电动势和内阻的原理的基本应用问题:在测定电源电动势和内阻的实验中，应注意些什么？解析：(1)本实验在电键S闭合前，变阻器滑片应处于有效阻值最大处．(2)要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要第1、4为一组，第2、5为一组，第3、6为一组，分别解出E、r值再取平均值．(3)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．(4)本实验由于干电池内阻较小，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动势E，图线斜率的绝对值仍为内阻r.(5)干电池的内电阻较小(0.5Ω～1.5Ω)，如果短路，电流过大，会损坏电表和电池，故调节滑动变阻器时要防止发生电阻为零的情况；电池内阻若太小不易测量，实验中可在电池外串一电阻；随着电池的使用，电动势会减小，内阻会增加．(6)实验时为了不使在外电阻较小时，电路中的电流长时间超过干电池的正常放电电流(0.3A)，应使通电时间越短越好，只是在读取数据时让电路接通，否则易损伤电池．(7)改变变阻器阻值时，最好让两表中的一个指针指整数格，每次电阻值变化适当大一些，可减小读数误差，注意电表的估读．(8)用伏安法测电动势和内阻时，电压表示数准确，电流表示数比实际电流小，故实验系统误差由电压表分流引起，为此变阻器阻值应小一些，电压表内阻应大一些．例1：用伏安法测一节干电池的电动势和内电阻，伏安图象如图7－6－3所示，根据图线回答：(1)干电池的电动势和内电阻各多大？(2)图线上a点对应的外电路电阻是多大？电源此时内部热耗功率是多少？(3)图线上a、b两点对应的外电路电阻之比是多大？对应的输出功率之比是多大？(4)在此实验中，电源最大输出功率是多大？22(0)()1.51.5V0.27.51.00.42.5I2.50.21.25W()12aaaraEErIURIParI短开路时＝的路端电压即电源电动势，因此，内电阻也可由图线斜率求内阻点对解析：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝应外电阻电源内部的热耗功率也可由图中面积差求得341.0/2.540.5/5.011.02.510.55.011.57.5W2.81W/222./2ababRUEIRPIPP出短电阻之比：输出功率之比：电源最大输出功率出现在内、外电阻相等时，此时路端电压＝，干路电流＝，因而最大输出功率＝＝＝＝＝＝点评：该题中主要理解U－I图象的意义，特别是图中虚线所围面积的物理意义．警示：在U－I图象中，如果纵轴的起点不是零，这时图象与横轴的交点就不是短路电流，图线斜率的绝对值仍为电源内阻值，与纵轴的交点坐标值仍为电源的电动势．问题：测定电源电动势和内阻的其他方法有哪些？二、仪器的选择、电路的设计和数据的处理以用一只电流表和电阻箱测量为例测定电源电动势和内电阻的方法有：用一只电流表和电阻箱测量；用一只电压表和电阻箱测量；用两只电压表测量．解答：①②③12121122A12211122A11A22A764a.()).(RRIRIErREIRrRIIRRIRIRErRIIIIEIRrR如图－－，改变电阻箱阻值，读出电流表的示数，设分别为、和、设电源电动势和内阻分别为、，电流表内阻，有：＝＋＋，＝＋＋，＝解得＝，AAA()1()b.11EIRrRRRERErIrRI可采用下列几种图象处理实验数据：由＝＋＋得：＋＝－，作＋－图线，如图，斜率为，纵轴截距的绝对值为AA()(12)1)c(AIEIRrRRErRRIREr由＝＋＋，得：＝－＋，作－图线，如图，斜率为，纵轴截距的绝对值为＋．AA(.31d+11)ArRIEIRrEERRRERIr由＝＋＋，得：＝＋，作－图线，如图，斜率倒数为，纵轴截距除以斜率再与电流表内阻的差为AA()(4)e.111EIRrRRRrIEERErI由＝＋＋，得：＝＋＋，作－图线，如图，斜率的倒数为，纵轴截距除以斜率为电源的内阻例2：利用如图7－6－5所示的一只电压表、一个电阻箱和一个电键，测量一个电池组的电动势和内电阻．请画出实验电路图，并用笔画线作导线将所给器材连接成实验电路．用记录的实验数据写出电动势和内电阻的表达式．解析：电路图如下．12121212121212211221121122.123.4RURUEUUEUrEUrRRRRUUUURRErURURRrURU实验步骤是：按电路图接好实验电路．改变电阻箱阻值，分别读出两组电阻箱阻值和对应的路端电压值、、、根据闭合电路欧姆定律列出与这两＝＋，＝＋组数据相对应的方程：解方程组可得和：＝，＝UR本实验中主要利用一只电压表和电阻箱测量，干路中的电流主要利用计算得到．利用电压表和电阻箱测电源电动势和内阻时，由于电压表的分流也是点有评：警示：误差的．1.(单选)图7－6－6为测量某电源电动势和内阻时得到的U－I图线．用此电源与三个阻值均为3Ω的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8V.则该电路可能为()解析：本题考查测电源的电动势和内阻的实验．由测量某电源电动势和内阻时得到的U－I图线可知该电源的电动势为6V，内阻为0.5Ω，此电源与三个均为3Ω的电阻连接成电路时测的路端电压为4.8V，A中的路端电压为4V，B中的路端电压为4.8V，正确；C中的路端电压约为5.7V，D中的路端电压为5.4V.正确选项为B.答案：B2.(多选)要测定一节干电池的电动势和内阻，除电池、导线、开关外，可采用下列哪组仪器进行()A．1只电流表、1只电阻箱B．1只电压表、1只定值电阻C．1只电流表、1只滑动变阻器D．1只电流表、1只电压表和1只滑动变阻器AD3.(多选)用图7－6－7中甲所示的电路测出电源的电动势E和内电阻r，对A、B两个电池测得的实验图线如图7－6－7乙所示．则()A．EA＞EBB．rA＞rBC．电流都为I0时，它们的内压降相等D．路端电压都为U0时，它们的输出功率相等答案：ABD4.为了测定一节干电池的电动势和内电阻，现准备了下列器材：①待测干电池(电动势约1.5V，内阻约1.0Ω)②电流表G(满偏电流3.0mA，内阻150Ω)③电流表A(量程0～0.60A，内阻未知)④滑动变阻器R1(0～20Ω，2A)⑤滑动变阻器R2(0～1000Ω，1A)⑥定值电阻R3＝900Ω⑦开关和导线若干(1)为了能尽量准确地进行测量，也为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是_______.(填仪器代号)(2)请用铅笔在图7－6－8甲方框中画出实验电路原理图．R1(3)图乙为某同学根据正确的电路图作出的I1－I2图象(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，由该图象可求出被测干电池的电动势E＝_________V，内电阻r＝______Ω.1.470.703221GAGARRRR考虑用伏安法进行测量：因没有电压表，可用电流表串联定值电阻改装一个电压表；由于滑动变阻器全阻值较大，选用它会使电流表的电流太小，读数误差大，同时当滑动头移动时，电流表和表的示数变化不均匀，操作不便，因此滑动变阻器析；解应选：①②13321.410A(900150)V1.47V1.41.0109001500.7.0.6IIEr－从图乙和电流表不能串联在干路中综合考虑，正确画出实验原理图；根据题意及－图＝＋＝象，电池的，电动势内电阻＝＝③④答案：(1)④(或R1)(2)如图所示；(3)1.47(1.45～1.49均可)，0.70(0.68～0.72均可)．