（名师导学）2020版高考物理总复习 第八章 第6节 实验：测定电源的电动势和内电阻课件 新人教版

第6节实验：测定电源的电动势和内电阻一、实验目的1．测定电源的电动势和内阻．2．认识电源输出电压随电流变化的图象．二、实验原理1．实验电路图如图所示2．电动势与内阻的求解(1)计算法由U＝E－Ir可得U1＝E－I1rU2＝E－I2r解得E＝I1U2－I2U1I1－I2r＝U2－U1I1－I2(2)图象法作出U－I图象，利用图象求解，如图所示．①图线与纵轴交点为E.图线与横轴交点为短路电流，I短＝Er.②由图线的斜率可求电源内阻r＝|ΔUΔI|.三、实验器材电池(待测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线和坐标纸．四、实验步骤1．连接电路：确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好．2．测量数据：闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组I、U值.第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A3.整理器材：断开开关，整理好器材．4．数据处理：计算法或在坐标纸上作U－I图，求出E、r.五、注意事项1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的1号干电池)．2．干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，故长时间放电时电流不宜超过0.3A，短时间放电时电流不宜超过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．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值再取平均值．4．在画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不予考虑．这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高测量的精度．六、误差分析1．每次读完电表示数没有立即断电，造成E、r变化．2．测量电路存在系统误差，实验电路采用图a时，I真＝I测＋IV，未考虑电压表的分流；实验电路采用图b时，电路中U真＝U测＋UA，未考虑UA.3．用图象法求E、r时，作图不准确造成偶然误差．4．由于电压表、电流表内阻的影响，按图a实验结果E测E真，r测r真，定性分析如下：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A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．按图b的实验结果E测＝E真，r测r真．定性分析如下：由于电流表的分压，使路端电压的测量值小于真实值，电流越大，电流表的分压也越大，路端电压的真实值与测量值的差距越大．若把电流表的内阻放入电源内，则路端电压的测量值等于真实值，而内阻的测量值比真实值大了RA.由于RA与r真比较接近，使内阻测量结果的相对误差很大，所以通常不采用图b的电路．作出的U－I图线如图B.七、测电源电动势和内电阻的其他方法1．使用电流表、电阻箱依1I＝R1E＋R0＋rE，作1I－R1图线，斜率为1E，截距为R0＋rE2．使用电压表、电阻箱依E＝U＋URr，1U＝1RrE＋1E，作1U－1R图线，斜率为rE，截距为1E考点1实验器材的选取例1用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5V，内电阻约1Ω)的电动势和内阻，除待测电池组、开关、导线外，还有下列器材供选用：A．电流表：量程为0～0.6A，内阻约1ΩB．电流表：量程为0～3A，内阻约0.2ΩC．电压表：量程为0～3V，内阻约30kΩD．电压表：量程为0～6V，内阻约60kΩE．滑动变阻器：0～1000Ω，额定电流0.5AF．滑动变阻器：0～20Ω，额定电流2A(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)．(2)下图为正确选择仪器后，连好的部分电路．为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将__________和________相连、________和________相连、__________和________相连(均填仪器上接线柱的字母代号)．(3)实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验．实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U.用图象法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，则可以________为纵坐标，以________为横坐标．【解析】(1)为了使测量更准确，电流表选量程为0.6A的电流表A，电池组的电动势约4.5V，故电压表选D，为了便于调节滑动变阻器应选F.(2)为了使测量误差尽可能小，测量电源电动势和内阻的原理图如图甲所示，因此将a、d相连，c、g相连，f、h相连．(3)用电阻箱和电压表测量电源电动势和内电阻的实验原理图如图乙所示，根据闭合电路欧姆定律，得E＝U＋URr，所以1U＝1E＋rE·1R或U＝E－URr或RU＝rE＋1ER，因此可作出1U－1R或U－UR或RU－R图象处理数据．【答案】(1)ADF(2)adcgfh(3)1U1R或U－UR或RU－R(横纵坐标互换亦可)1．某实验小组在测量一节干电池的电动势与内阻时，设计了如图甲所示的电路，实验室为该小组提供的实验器材如下：A．电压表V1，量程0～3V、内阻约为3kΩB．电压表V2，量程0～15V、内阻约为15kΩC．电流表A1，量程0～0.6A、内阻约为1ΩD．电流表A2，量程0～3A、内阻约为0.2ΩE．最大阻值约为20Ω的滑动变阻器R1F．最大阻值约为100Ω的滑动变阻器R2G．开关S以及导线若干(1)为了减小实验误差，电流表应选____，电压表应选____，滑动变阻器应选____．(填实验器材前的序号)(2)该小组的同学在进行多次测量后，将得到的多组电压表、电流表的读数描绘在同一坐标图中，如图乙所示，请在坐标图中画出干电池的伏安特性曲线，然后由图线求得被测电池的电动势E＝______V，电池的内阻r＝____Ω._________________CAE1.50.5如图所示【解析】(1)因为一节干电池的电动势接近1.5V，则应该选择0～3V量程的电压表，即应选A；如选电流表C，则当电路中电流分别为0.6A、0.2A、0.1A时，电路中的总电阻分别为2.5Ω、7.5Ω、15Ω，选E与之配合最好．(2)画线时要使尽量多的点在直线上，不在直线上的点尽量均匀分布在直线的两侧，如图所示．由得到的图线与纵轴交点的纵坐标可知，被测电池的电动势为1.5V，由图线的斜率可知，干电池的内阻为0.5Ω.考点2数据的处理例2某实验小组想通过实验研究水果电池的电动势和内阻．他们制作了一个苹果电池进行研究，了解到水果电池的内阻可能比较大，设计了一个如图甲所示的实物电路进行测量．(1)请按图甲中所示实物图在方框内画出的电路图(电源用“”表示)．(2)测定水果电池的电动势和内阻，所用的器材有：①苹果电池E：电动势约为1V；②电压表V：量程0～1V，内阻RV＝3kΩ；③电阻箱R：最大阻值9999Ω；④开关S，导线若干．(3)实验步骤如下：①按电路图连接电路(为保证电路安全，先将电阻箱的电阻调到最大值)；②闭合开关S，多次调节阻箱，记下电压表的示数U和电阻箱相应的阻值R，并计算出对应的1R与1U的值，如下表所示；R/Ω900060005000400030002000R－1/×10－4Ω－11.11.72.02.53.35.0U/V0.530.500.480.460.43①U－1/V－11.92.02.12.22.3②③以1U为纵坐标，1R为横坐标，将计算出的数据描绘在坐标纸内，作出1U－1R图线；④计算得出水果电池的电动势和内阻．请回答下列问题：Ⅰ.实验得到的部分数据如上表所示，其中当电阻箱的电阻R＝2000Ω时电压表的示数如图乙所示．读出数据，完成上表．答：①________，②________．Ⅱ.请根据实验数据在图丙中作出1U－1R图线．Ⅲ.根据1U－1R图线求得该水果电池的电动势E＝______V，内阻r＝________Ω.【解析】(3)Ⅰ.由图示电压表可知，电压表的最小分度值为0.2V，示数为0.37V，1U＝10.37V－1≈2.7V－1；Ⅱ.根据实验数据描点作出1U－1R图线，如图乙所示；Ⅲ.在闭合电路中，E＝U＋Ir＝U＋URVRRV＋Rr，解得1U＝rE·1R＋rE·13000＋1E，1U－1R图线的斜率k＝rE，图象的截距b＝rE·13000＋1E，由以上可解得E＝1.0V、r＝2.0×103Ω.【答案】(1)电路图如图1所示(3)Ⅰ.0.372.7Ⅱ.图线如图2所示Ⅲ.1.0(0.9～1.1均可)2×103(1.8×103～2.2×103均可)2．某兴趣小组要测定电源的电动势和内阻，他们找来了如下器材：A．电流表G(量程为0～30mA、内阻未知)B．电阻箱R(0～999.9Ω)C．滑动变阻器R1(0～20Ω)D．滑动变阻器R2(0～1kΩ)E．开关、导线若干F．电源E(电动势约10V)(1)要完成实验，首先需测量电流表G的内阻．测量电流表G内阻的实验电路如图甲所示：①将下述实验过程补充完整．a．选择器材，滑动变阻器R′应该选取_____(选填“R1”或“R2”)；b．连接好电路，R′的滑片应调到______(选填“a”或“b”)端；c．断开S2，闭合S1，调节R′，使电流表G满偏；d．保持R′不变，闭合S2，调节电阻箱R的阻值，当R＝10Ω时，电流表G的示数为20mA；②如果认为闭合S2前后干路上电流不变，则电流表G的内阻Rg＝____Ω.R2a5(2)在测出电流表内阻Rg后，测定该电源的电动势和内阻的电路如图乙所示．闭合开关S，调整电阻箱R，读取相应的电流表示数I，记录多组数据(R，I)，得到如图丙所示的1I－R图线，则电源的电动势E＝____V，内阻r＝____Ω.940【解析】(1)电源的电动势约为10V，电流表的满偏电流为30mA，则电路总电阻的最小值为Rmin＝EI＝100.03Ω＝333.3Ω，则滑动变阻器应选择R2；闭合开关S1前，应将滑动变阻器接入电路的电阻值调到最大，因此连接好电路后，滑动变阻器的滑片应调到a端；闭合S2后，由并联电路的特点可知，(Ig－I)R＝IRg，则Rg＝5Ω.(2)根据题图乙，由闭合电路欧姆定律可知E＝I(R＋r＋Rg)，则1I＝1ER＋r＋RgE，则图象的斜率k＝1E，图象的截距为b＝r＋RgE，又由图象可得k＝19、b＝5，由以上可解得E＝9V、r＝40Ω.考点3实验的拓展与创新例3国际规定自来水在15℃时电阻率应大于13Ω·m.为测量15℃时自来水的电阻率和电源的电动势与内阻，某物理兴趣小组设计了如图所示的实验电路．其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有电阻可忽略不计的导电活塞，左活塞固定，右活塞可自由移动．图中R0为定值电阻，R为电阻箱，A为理想电流表，S为单刀双掷开关，E为待测电源，此外实验中还备有游标卡尺和刻度尺．兴趣小组的实验步骤如下：①用游标卡尺测量玻璃管的内径d；②向玻璃管内注满自来水，用刻度尺测量水柱长度，把S拨到1位置，记录电流表示数I；③把S拨到2位置调整电阻箱阻值，使电流表示数也为I，记录电阻箱的阻值R；④改变水柱长度，重复实验步骤②③，读出电阻箱示数R；⑤把S拨到2位置不变，改变电阻箱的阻值R读取对应的电流值I；⑥断开S，整理好器材．(1)以电阻箱示数R为纵轴，用对应水柱长度为横轴作出一条直线．若直线的斜率为k，则玻璃管内水柱电阻率的表达式为________．(2)把S拨到2位置不变，为测量电源的电动势和内阻，采用图象处理实验数据，宜绘制出________关系图象，处理较为简单．(3)实际的电流表有一定的内阻，在本实验中它对测量结果的影响分别是使水柱电阻率的测量值________