2019版高考物理总复习 实验创新增分 专题十 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一、实验目的1．进一步理解闭合电路欧姆定律，掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法。2．掌握用图象法求电动势和内阻的方法；理解并掌握路端电压U与干路电流I的关系图象(即UI图象)与纵、横坐标轴交点坐标的意义以及图象斜率的意义。二、实验原理1．实验依据：闭合电路欧姆定律。2．实验电路：如图1所示。3．E和r的求解(1)由U＝E－Ir，得，解得。(2)作图法处理数据：由U＝E－Ir，得：图象与纵轴交点的纵坐标值为E，图线斜率绝对值为r。三、实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导

2、线、坐标纸、刻度尺、铅笔等。四、实验步骤1．连接电路电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按图1连接好电路。2．测量与记录(1)把滑动变阻器的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一端。(2)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。第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A(3)断开开关、拆除电路、整理器材。五、数据处理本实验中数据的处理方法有两种，一是联立方程求解的公式法，二是描点作图法。1．公式法：取六组对应的U、I数据，数据满足关系式U1＝E－I1r、U2

3、＝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的值，取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小。2．作图法：以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立UI坐标系，如图2在坐标平面内描出各组(I，U)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，不在直线上的点大致均匀地分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势E的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率大小即为电池的内阻r。六、误差分析1．图象法分析两种常见电路图的误差(1)当采用如图甲所示的电路

4、测量时，在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是准确的电源两端电压，反映到UI图象上，当电压值为真实值时，所测电流小于真实的电流，导致图线在U轴上的截距偏小(如图乙中带箭头线段IV为差值)，而且电压表示数越大，IV越大。从图乙可以得到：①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，短路电流测量值等于真实值；②E测

5、箭头线段UA为差值)，而且电流表示数越大，UA越大，当电流表示数为零时，UA＝0，电压表示数为准确值，等于E。从图丁可以得到：①电流为零时，E为真实值；②I短测r真，r测实际是r和RA的串联值。这时，r测的值误差非常大。2．电表读数带来误差。3．如果将六组数据按先后顺序两两依次组成方程组，由于两组数据相邻，变化较小，计算(或测量)误差较大。为此，应使前后数据交叉组成方程组。4．用图象法求电动势和内阻时，作图不准确造成误差。5．根据图象进行分析计算时造成误差。七、注意事项1．为了使电池的路端电压变化明显

6、，应选内阻大些的电池(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.要测出不少于6组的(I、U)数据，且变化范围要大些。4.画UI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)。但这时图线与横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的交点仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻。考点1　基础实验[例1]　(2015·江苏高考)小明利用如图1所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻

7、。(1)图1中电流表的示数为________A。(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：U(V)1.451.361.271.161.06I(A)0.120.200.280.360.44请根据表中的数据，在图2的方格纸上作出UI图线。由图线求得：电动势E＝________V；内阻r＝______Ω。(3)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合。其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为________________________。解析　(1)由图可知，电流表的量程为0.6A，精度为0.02A

8、，因此电流表的示数为0.02A×22＝0.44A。(2)作出UI图线如答图所示，由图象与纵轴的截距得电动势为1.60V，斜率即内阻为r＝Ω≈1.22Ω。(3)如果一直保持电路闭合，干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变