2019年高考物理一轮复习第八章恒定电流实验十测定电源的电动势和内阻学案

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1、实验十　测定电源的电动势和内阻板块一　主干梳理·夯实基础　实验原理与操作◆　实验目的1.测定电源的电动势和内阻。2.掌握用图象法求电动势和内阻。◆　实验原理1．实验依据闭合电路欧姆定律。2.实验电路：如图所示。3.E和r的求解：由U＝E－Ir得：，解得：4．作图法数据处理，如图所示(1)图线与纵轴交点为电动势E。(2)图线与横轴交点为短路电流I短＝。(3)图线的斜率的绝对值表示内阻r＝。◆　实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔。◆　实验步骤1.电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按实验原理图所示连接好电路。2.把滑动变阻器

2、的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一端。3.闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)。用同样方法测量几组I、U值，填入表格中。4.断开开关，拆除电路，整理好器材。　数据处理与分析◆　数据处理1.公式法取上表六组对应的U、I数据，数据满足关系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r…让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，分别取平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小。2.描点法以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立UI坐标系，在坐标平面内描出各组(U，I)值所对应的点，

3、然后尽量多地通过这些点作一条直线，使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率的绝对值即为电池的内阻r，即r＝。◆　注意事项1.为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选的大些(选用已使用过一段时间的干电池)。2.在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得E和r明显变化。3.测出不少于6组I和U的数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，类似于逐差法，要将测出的UI数据中，第1和第4组为一组，第2和第5组为一组，第3和第6组为一组，

4、分别解出E、r值再求平均值。4.在画UI图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线两侧，不要顾及个别离开直线较远的点，以减小偶然误差。5.干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况，使下部大面积空间得不到利用。为此，可使纵坐标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)，如图乙所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小。此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势。要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝，计算出电池的内阻r。◆　误差分析1.偶然误差(1)由读数不

5、准引起误差。(2)用图象法求E和r时，由于作图不准确造成的误差。(3)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化。2.系统误差由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。(1)如图甲所示，在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是路端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大。即：U真＝U测I真＝I测＋IV＝I测＋结论：当U测＝0时，I真＝I测，用U真、I真画出乙图中右侧的修正图，由图可以看出：E真>E测，r真>r测。从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(

6、r测和E测)，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻R断开时，a、b两点间电压Uab等于电动势E测，此时电源与电压表构成回路，所以Uabr真。从电路的角度看，r测＝r真＋RA。由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的测量误差非常大。◆　其他实验方案设计以上测量方法一般称为伏安法，测电源的电动势和内阻还有以下几种方法：

7、1.安阻法用一个电流表和电阻箱测量，电路如图甲所示，测量原理为：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，或用图象法处理数据。此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。2.伏阻法用一个电压表和电阻箱测量，电路如图乙所示，测量原理为：E＝U1＋r，E＝U2＋r，由此可求出r和E，或用图象法处理数据。此种方法测得的电动势和内阻均偏小。3.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电动势，此时U＝≈E，需满足RV≫r。4.双伏法用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示。测量方法为：断开S，测得V1、