實(shí)驗(yàn)九測定電源的電動勢和內(nèi)阻

1、實(shí)驗(yàn)九 測定電源的電動勢和內(nèi)阻 組題人 李麗然 2012.11.12實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測定電源的電動勢和內(nèi)阻.2.掌握用圖象法求電動勢和內(nèi)阻. 實(shí)驗(yàn)原理1.實(shí)驗(yàn)依據(jù)閉合電路歐姆定律.2.實(shí)驗(yàn)電路：如圖3.E和r的求解：由U=E-Ir得： 解得：4.作圖法處理數(shù)據(jù)，如圖所示.(1)圖線與縱軸交點(diǎn)為E.(2)圖線與橫軸交點(diǎn)為短路電流(3)圖線的斜率絕對值表示電源內(nèi)阻思維拓展：在實(shí)際中，路端電壓通常數(shù)值不能太小，縱坐標(biāo)不從零開始，這時(1)圖線與縱軸交點(diǎn)還是E嗎？.(2)圖線與橫軸交點(diǎn)還是短路電流嗎?(3)圖線的斜率絕對值還表示電源內(nèi)阻嗎？實(shí)驗(yàn)器材電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、

2、坐標(biāo)紙、鉛筆.實(shí)驗(yàn)步驟1.電流表用0.6 A量程，電壓表用3 V量程，按實(shí)驗(yàn)電路圖連接好電路.2.把變阻器的滑片移動到使阻值最大的一端.3.閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1).用同樣方法測量幾組I、U值.填入表格中.4.斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材.5.用圖象法處理數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立U-I坐標(biāo)系，在坐標(biāo)平面內(nèi)描出各組(I，U)值所對應(yīng)的點(diǎn)，然后盡量多地通過這些點(diǎn)作一條直線，不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)，則直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即是電池電動勢的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線的斜率絕對值即為電池的內(nèi)阻r，即誤差分析

3、1.偶然誤差(1)由讀數(shù)不準(zhǔn)和電表線性不良引起誤差.(2)用圖象法求E和r時，由于作圖不準(zhǔn)確造成誤差.2.系統(tǒng)誤差(1)若采用甲圖，其U-I圖象如乙圖所示.由于電壓表的分流作用造成誤差. 結(jié)論：當(dāng)電壓表示數(shù)為零時，IV0，IAI短，短路電流測量值真實(shí)值.E測<E真.因?yàn)?所以r測<r真.(2)若采用丙圖，其U-I圖象如丁圖所示.由于電流表的分壓作用造成誤差.結(jié)論：E為真實(shí)值.I短測<I短真.因?yàn)?以r測>r真，r測為r真和RA的串聯(lián)值，由于通常情況下電池的內(nèi)阻較小，所以這時r測的誤差非常大.注意事項(xiàng)1.為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些(選用已使用過一段時間

4、的干電池).2.要測出不少于6組的(I，U)數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，然后用方程組求解，并求平均值.3.若U-I圖線縱軸刻度不是從零開始，則圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流，電源的內(nèi)阻不能用 確定.應(yīng)根據(jù) 確定.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)以上測量方法一般稱為伏安法,測電源的電動勢和內(nèi)阻還有以下幾種方法:1.安阻法:用一個電流表和電阻箱測量，電路如圖甲所示，測量原理為：E=I1(R1+r),E=I2(R2+r),由此可求出E和r，此種方法使測得的電動勢無偏差，但內(nèi)阻偏大.2.伏阻法:用一個電壓表和電阻箱測量，電路如圖乙所示，測量原理為： 由此可求出r和E,此種方法測得的電動勢和內(nèi)阻均偏小.3.粗測法:用一只電壓表粗測

5、電動勢，直接將電壓表接在電源兩端，所測值近似認(rèn)為是電源電動勢，此時 需滿足RVr.4.雙伏法:用兩個電壓表可測得電源的電動勢，電路如圖所示.測量方法為：斷開S，測得V1、V2的示數(shù)分別為U1、U2，此時， RV為V1的內(nèi)阻；再閉合S，V1的示數(shù)為U1,此時 解方程組可求得E和r.用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定被測量【例證1】(2012·德州模擬)某同學(xué)對實(shí)驗(yàn)室的一個多用電表中的電池進(jìn)行更換時發(fā)現(xiàn)，里面除了一節(jié)1.5 V的干電池外，還有一個方形的電池(層疊電池).為了測定該電池的電動勢和內(nèi)電阻，實(shí)驗(yàn)室中提供如下器材：A.電流表A1(滿偏電流10 mA,內(nèi)阻10 );B.電流表A2(00.6

6、A，內(nèi)阻未知)；C.滑動變阻器R0(0100 ,1 A);D.定值電阻R(阻值990 )；該同學(xué)根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路，圖乙為該同學(xué)根據(jù)上述設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路測出多組數(shù)據(jù)并繪出的I1-I2圖線(I1為電流表A1的示數(shù)，I2為電流表A2的示數(shù))，則由圖線可以得到被測電池的電動勢E=_V,內(nèi)阻r=_.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 實(shí)驗(yàn)電路的改進(jìn)和分析【例證2】在如圖所示的電路中，A、B、C為三節(jié)干電池，實(shí)驗(yàn)中理想電壓表和理想電流表的示數(shù)如表所示. 開關(guān)位置 電壓U/V 電流I/A 燈泡L的電阻R/ 燈泡L的功率P/WS1 1.40 0.20 7.00 0.28 S2 2.70 0.30

7、  0.81 S3 2.55 0.29 8.79  (1)根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算出表中空格處小燈泡的電阻和功率.(2)如果干電池A和B具有相同的電動勢和內(nèi)阻，則根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可計(jì)算出干電池A的電動勢為_V，內(nèi)阻為_.(3)當(dāng)開關(guān)S與接線柱3連接時，串聯(lián)電池組的總電動勢增大，但電流表的示數(shù)反而減小，其原因可能是_.1.如圖所示是根據(jù)某次實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)畫出的U-I圖線，關(guān)于此圖線，下列的說法中正確的是( )A.縱軸的截距表示電源的電動勢，即E=3.0 VB.橫軸的截距表示電源的短路電流，即I短=0.6 AC.電源的內(nèi)阻r=5 D.電源的內(nèi)阻r=1.0 2.(2012

8、3;宜春模擬)某同學(xué)在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，串聯(lián)了一只2.5 的保護(hù)電阻R0,實(shí)驗(yàn)電路如圖所示.(1)連好電路后，當(dāng)該同學(xué)閉合電鍵時，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為0，電壓表示數(shù)不為0.檢查各接線柱均未接錯，接觸良好且未發(fā)生短路；他用多用電表的電壓擋檢查電路，把兩表筆分別接a、b,b、c,d、e時，示數(shù)均為0，把兩表筆接c、d時，示數(shù)與電壓表示數(shù)相同，由此可推斷故障是_.(2)按電路原理圖及用多用電表的電壓擋檢查電路且把兩表筆分別接c、d時的實(shí)物電路圖以畫線代替導(dǎo)線連接起來.3.如圖甲所示的電路是實(shí)驗(yàn)室測量電源電動勢和內(nèi)阻的電路圖，按電路甲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)測得的U、I數(shù)據(jù)畫出U-I圖象

9、，如乙圖所示，則電動勢測量值E=_，內(nèi)阻測量值r=_.電動勢測量值與真實(shí)值相比_,內(nèi)阻測量值與真實(shí)值相比_.(填“偏大”、“相等”或“偏小”)4.用如圖所示的電路，測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻.電池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中用一個定值電阻R0保護(hù)電路.除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外，可供使用的實(shí)驗(yàn)器材還有：5重慶理綜12年學(xué)生課外科技活動小組利用銅片、鋅片和家鄉(xiāng)盛產(chǎn)的柑橘作了果汁電池，他們測量這種電池的電動勢E和內(nèi)阻r，并探究電極間距對E和r的影響。實(shí)驗(yàn)器材如題目22圖3所示。測量E和r的實(shí)驗(yàn)方案為：調(diào)節(jié)滑動變阻器，改變電源兩端的電壓U和流過電源的電流I，依據(jù)公式_，利用測量

10、數(shù)據(jù)作出U-I圖像，得出E和r。 將電壓表視為理想表，要求避免電流表分壓作用對測量結(jié)果的影響，請?jiān)陬}22圖3中用筆畫線代替導(dǎo)線連接電路。實(shí)驗(yàn)中依次減小銅片與鋅片的間距，分別得到相應(yīng)果汁電池的U-I圖像如題22圖4（見下頁）中（a）、（b）、（c）、（d）所示，由此可知：在該實(shí)驗(yàn)中，隨電極間距的減小，電源電動勢_（填“增大”“減小”或“不變”），電源內(nèi)阻_（填“增大”“減小”或“不變”）。 曲線（c）對應(yīng)的電源電動勢E=_V，內(nèi)阻r=_，當(dāng)外電路總電阻為2500時，該電源的輸出功率P=_mW。（均保留三位有效數(shù)字）1、（2009年安徽卷）用如圖3所示的電路，測定一節(jié)干電池的電

11、動勢和內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中用一個定值電阻R0起保護(hù)作用。除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外，可供使用的實(shí)驗(yàn)器材還有：a電流表（量程06A3A）；b電壓表（量程3V、15V）c定值電阻（阻值1、額定功率5W）d定值電阻（阻值10，額定功率10W）e滑動變阻器（阻值范圍010、額定電流2A）f滑動變阻器（阻值范圍0100、額定電流1A）那么（1）要正確完成實(shí)驗(yàn)，電壓表的量程應(yīng)選擇      V，電流表的量程應(yīng)選擇       A； R0應(yīng)選擇 

12、60;     的定值電阻，R應(yīng)選擇阻值范圍是          的滑動變阻器。（2）引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要原因是                             。2、測量兩節(jié)串

13、聯(lián)干電池的電動勢，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖16所示的實(shí)驗(yàn)電路，其中E是待測電池組，內(nèi)阻不能忽略；V1、2是兩只量程都合適的電表，內(nèi)阻不是很大，且未知，S1、S2是單刀單擲開關(guān)；導(dǎo)線若干。  （1）請根據(jù)電路圖甲，在圖乙中連線，將器材連成實(shí)驗(yàn)電路。  （2）實(shí)驗(yàn)需要測量的物理量是                 。  （3）用測出的物理量，導(dǎo)出串聯(lián)電池組電動勢的表達(dá)式是    

14、          。例2在測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，備有下列器材：干電池（電動勢E約為15V，內(nèi)電阻r約為10）；電流表G（滿偏電流30mA，內(nèi)阻Rg=10）；電流表A（量程006A，內(nèi)阻約為05）；滑動變阻器R（020，10A）；滑動變阻器R（0100，1A）；定值電阻R3=990；開關(guān)和導(dǎo)線若干。（1）為了能準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，也為了操作方便，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用的滑動變阻器是_。（填寫數(shù)字代號）（2）請畫出實(shí)驗(yàn)原理圖。例5請從下列器材中選擇適當(dāng)儀器設(shè)計(jì)一個電路，要求用此電路既能測量待測電阻Rx的

15、電阻（約500），又能測量電源E的電動勢。a待測定值電阻Rx：阻值約500     b滑動變阻器R1：總阻值1000c電阻箱R2：最大阻值9999       d電阻箱R3：最大阻值999e電流表A：量程3mA，內(nèi)阻約50f電源E：電動勢約為3V，內(nèi)阻很小但不可忽略g單刀雙擲開關(guān)及導(dǎo)線若干（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選取的器材有：               

16、（填寫器材前面的字母序號）（2）請?jiān)谔摼€框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖  （3）在測出電阻Rx的值后（記為Rx），再利用此電路測量電源E的電動勢。還需用測量的物理量有：                     ，用所測的物理量表示電源E的電動勢為             

17、              。例6要求測量由兩節(jié)干電池組成的電池組的電動勢E和內(nèi)阻r（約幾歐姆）。提供下列器材：電壓表V1（量程3V，內(nèi)阻1k）、電壓表V2（量程15V，內(nèi)阻2k）、電阻箱（099999）、開關(guān)導(dǎo)線若干。   某同學(xué)用量程為15V的電壓表連接成如圖14所示的電路，實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）合上開關(guān)S，將電阻箱R阻值調(diào)到R1=10，讀得電壓表的讀數(shù)為U1；（2）將電阻箱R阻值調(diào)到R2=20，讀得電壓表的讀數(shù)為U2；（3）由方程組，解出E、r。 為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，上述實(shí)驗(yàn)在選擇器材和實(shí)驗(yàn)步驟中應(yīng)做哪些改進(jìn)？例7（2008年全國卷）一直流電壓表，量程為1 V，內(nèi)阻為1000。現(xiàn)將一阻值為50007000之間的固定電阻R1與此電壓表串聯(lián)，以擴(kuò)大電壓表的量程。為求得擴(kuò)大后量程的準(zhǔn)確值，再給定一直流電源（電動勢E為67 V，內(nèi)阻可忽略不計(jì)），一阻值R2=2000的固定電阻，兩