如何测电源电动势和内阻(精)

如何测电源电动势和内阻湖北云梦一中乾华高432500在新课标高中物理教学和高考中，测电源电动势和内阻在高考中一直是一个高考热点，下面笔者根据长期一线教学的经验从各方面进行分析总结，希望对大家有所帮助。一、测量的电路与误差测电源电动势和内阻常见方法是伏安法，其次还有伏阻法和安阻法等一些方法。1．伏安法测电源电动势和内阻左图叫安培表相对待测电源的外接法，由于伏特表的分流作用，将出现系统误差。右图叫安培表相对待测电源的内接法，由于安培表的分压作用，将出现系统误差。考虑实际电表不理想的影响，我们可作出如上的图象，虚线是理论上的情况，实线是实验中实际得到的图象，通过对图象的分析可得到：安培表的外接法：E测E真，r测r真安培表的内接法：E测=E真，r测r真一般在实验中由于安培表的外接法测得的电源内阻误差较小，故本实验一般都采用安培表的外接法。2．伏阻法电源电动势和内阻实验中要用到一块电压表和一只电阻箱（或阻值已知的定值电阻两只），电路如图，因为：E=U1+11RUr;E=U2+212RUr可联立方程求解E和r或取多组R的值转化成图象法处理，实验误差：E测E真，r测r真，也可按等效电源的思想分析误差。3．安阻法电源电动势和内阻实验中要用到一块电流表和一只电阻箱（或阻值已知的定值电阻两只），电路如图，因为：E=I1R1+I1r;E=I2R2+I2r可联立方程求解E和r或取多组R的值转化成图象法处理：实验误差：E测=E真，r测r真，也可按等效电源的思想分析误差。二、图象法在本实验中的应用例1：如下图中的右图是用伏安法测电源电动势和内阻的到的一条外特性曲线，则：电源的电动势E=____________,电源的内阻r=____________,电源被导线短接时的短路电流Is=_____________.解析：纵截距表示电源电动势，E=1.5V,横截距是否表示短路电流一定要看坐标原点表示的路端电压是否从0开始，甲乙EVrSR0R甲本题中r=|UI|=56=0.83Ω，短路电流Is=1.8SEIAr答案：E=1.5V，r=0.83Ω，1.8SIA例2：小明同学设计了如图所示的电路测电源电动势E及电阻R1和R2的阻值。实验器材有：待测电源E(不计内阻)，待测电阻R1，待测电阻R2，电流表A(量程为0.6A，内阻不计)，电阻箱R(0-99.99Ω)，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。①先测电阻R1的阻值。请将小明同学的操作补充完整：闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数r1和对应的电流表示数I，，读出此时电阻箱的示数r2。则电阻R1的表达式为R1＝。②小明同学已经测得电阻R1＝2.0Ω，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值。该同学的做法是：闭合S1，将S2切换到b，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电流表示数I，由测得的数据，绘出了如图所示的1/I－R图线，则电源电动势E＝V，电阻R2＝Ω。解析：第①问中测R1是替代法的思想，即：将S2切换到b，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I，电路中两次的总电阻不变，电阻R1的测量值为r1-r2。第②问中是用安阻法电源电动势，结合图象我们可得到：12()EIRRR，变形得,1211RRRIEE,用图象分析得E＝1.5V,R2＝1Ω.答案：①将S2切换到b，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I、r1-r2②1.5、1.0例3：现有一种特殊的电池，它的电动势E约为9V，内阻r约为40Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50mA，为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图甲所示的电路进行实验，图中电压表的内阻很大，对电路的影响可不考虑，R为电阻箱，阻值范围0～9999Ω，R0是定值电阻，可防止操作不当损坏电池，起保护电路的作用。（1）实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格：A．10Ω2.5WB．100Ω1.0WC．200Ω1.0WD．2000Ω5.0W本实验应选哪一种规格？答。（2）该同学接入符合要求的R0后，闭合开关K，调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数，计录多组数据，作出了如图乙所示的图线。则根据该同学所作出的图线可求得该电池的电动势E为V，内阻r为_________Ω。解析：（1）R0是定值电阻起保护电路的作用,即当R取零时电路也是安全的,结合电路计算得R0应选C规格的.(2)结合闭合电路欧姆定率有0UEUrRR,变形有:0111rUEERR,结合图象有E=10V,r=45.8Ω,范围为(46～50Ω).答案：(1)C，(2)10V46～50Ω三、相关实验探究与考题预测例4：我们都有过这样的体验：手电筒里的两节干电池用久以后，灯泡发红光（“3V，2W”且电阻恒定），这就是我们常说的电池没电了。由于电池的外壁比较新亮，有些人为了“节约”，在手电筒里装一节新电池和一节旧电池搭配使用，以为可以节约，某同学为了探究此人的做法是否合理，用伏安法对新、旧电池进行了实验并将测量结果绘成图乙所示的图象，请你分析新旧电池搭配使用的做法是否合理？解答：根据截距和斜率求得电动势与内阻为：E1=1.5Vr1=0.3Ω;E2=1.2Vr2=4Ω设灯泡的电阻为R，根据串联的规律有：294.52URP1212EEIRrr旧电池提供的功率20.3682PIEW供旧电池消耗的功率220.3765PIrW耗通过上面的计算知，旧电池提供的电能比它消耗的电能还要小，它不仅不能当电源用，而且还变成了一个用电器，旧电池在消耗新电池的电能,所以不合理。答案：旧电池提供的电能比它消耗的电能还要小，不合理。总之，无论是在新课标高中物理教学中，还是在高考中，本实验都占有举足轻重的位置。能弄懂吃透本实验，必将为你的学习乃至高考添上隆重而又精彩的一笔！