實驗測定電源的電動勢和內(nèi)電阻

一、實驗?zāi)康?．掌握伏安法測定電源的電動勢和內(nèi)阻的方法．2．掌握用圖象法求電動勢和內(nèi)阻．圖實－10－1圖實－10－2三、實驗器材電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、鉛筆．四、實驗操作1．實驗步驟(1)電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，按圖實－9－1所示連接好電路．(2)把滑動變阻器的滑片移動到使接入電路的阻值最大的一端．(3)閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，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.第1組第2組第3組第4組第5組第6組U/VI/A(4)斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材．2．?dāng)?shù)據(jù)處理本實驗中數(shù)據(jù)的處理方法，一是聯(lián)立方程求解的公式法，二是描點畫圖法．方法一：取六組對應(yīng)的U、I數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)滿足的關(guān)系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r……讓第1式和第4式聯(lián)立方程，第2式和第5式聯(lián)立方程，第3式和第6式聯(lián)立方程，這樣解得三組E、r，取其平均值作為電池的電動勢E和內(nèi)阻r的大小．五、注意事項1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過一段時間的干電池．2．實驗中電流不宜過大，每次讀完U和I的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開電源．3．測量數(shù)據(jù)不少于6組，且變化范圍要大些．4．在畫U-I圖線時，要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側(cè)．個別偏離直線太遠(yuǎn)的點可舍去不予考慮．5．若電壓變化范圍較小，作圖線時，縱軸的刻度可不從零開始，此時要注意E和r的確定．六、誤差分析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)確造成的誤差．3．測量過程中通電時間過長或電流過大，都會引起E、r變化．4．電壓表和電流表的內(nèi)阻影響而導(dǎo)致的誤差．[例1]

在用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中：(1)備有如下器材：A．干電池1節(jié)；B．滑動變阻器(0～20Ω)；C．滑動變阻器(0～1kΩ)；D．電壓表(0～3V)；E．電流表(0～0.6A)；F．電流表(0～3A)；G．開關(guān)、導(dǎo)線若干．其中滑動變阻器應(yīng)選________，電流表應(yīng)選________．(只填器材前的序號)(2)為了最大限度地減小實驗誤差，請在下面的虛線框中畫出該實驗最合理的電路圖．(3)某同學(xué)記錄的實驗數(shù)據(jù)如下表所示，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖實－10－3中畫出U－I圖線，根據(jù)圖線得到被測電池的電動勢E＝________V，內(nèi)電阻r＝________Ω.123456I/A0.100.150.200.250.300.40U/V1.321.261.181.131.040.93圖實－10－3[解析]

(1)由于干電池的電動勢只有1.5V，滑動變阻器應(yīng)選B，從測量的數(shù)據(jù)可以看出電流最大只有0.4A，電流表應(yīng)選E.(2)電路圖如圖實－10－4甲所示．圖實－10－4(3)作出的U－I圖象如圖實－10－4乙所示，從圖象上可以看出在U軸上的截距為1.45V，即電源的電動勢為1.45V．圖象斜率的絕對值為：k＝ΔU/ΔI＝0.65/0.5Ω＝1.3Ω.[答案]

(1)B

E

(2)如圖實－9－4甲所示(3)U－I圖象如圖實－10－4乙所示1.45

1.3[例2]

在測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，由于所用電壓表(視為理想電壓表)的量程較小，某同學(xué)設(shè)計了如圖實－10－5所示的實物電路．

圖實－10－5(1)實驗時，應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到________．(選填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改變電阻箱的阻值R，分別測出阻值R0＝10Ω的定值電阻兩端的電壓U.下列兩組R的取值方案中，比較合理的方案是________．(選填“1”或“2”)方案編號電阻箱的阻值R/Ω1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.01．下面給出多種用伏安法測電池電動勢和內(nèi)電阻的數(shù)據(jù)處理方法，其中既能減小偶然誤差，又直觀、簡便的方法是 (

)A．測出兩組I、U的數(shù)據(jù)，代入方程組E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E、rB．多測幾組I、U的數(shù)據(jù)，求出幾組E、r，最后分別求出其平均值C．測出多組I、U的數(shù)據(jù)，畫出U-I圖象，再根據(jù)圖象求出E、rD．測出多組I、U的數(shù)據(jù)，分別求出I和U的平均值，用電壓表測出斷路時的路端電壓即為電動勢E，再用閉合電路歐姆定律求出內(nèi)電阻r解析：測出多組I、U的數(shù)據(jù)，畫出U－I圖象可消除某次測量不準(zhǔn)造成的偶然誤差，選C.答案：C2．用如圖實－10－6所示的電路測量電池電動勢和內(nèi)電阻時，若有兩只電壓表V1、V2量程相同，內(nèi)阻分別為RV1、RV2，且RV1>RV2；兩只電流表A1、A2量程相同，內(nèi)阻分別為RA1、RA2，且RA1>RA2，在實驗中，為了使E、r的測量值更精確一些，選擇的電表可以是(

)A．V1與A1

B．V1與A2C．V2與A1 D．V2與A2圖實－10－6解析：本實驗的系統(tǒng)誤差主要來源于電壓表內(nèi)阻對電路的影響，電壓表內(nèi)阻越大，電流表所測電流越接近于干路中的電流的真實值，所測電池的內(nèi)阻也越接近電池內(nèi)阻的真實值，故電壓表選用內(nèi)阻大的好，而電流表內(nèi)阻對本實驗無影響，因為電流表內(nèi)阻與R是串聯(lián)，不需知道R與RA的值，故電流表選用哪一個都可以．故選A、B.答案：AB3．測量電源的電動勢及內(nèi)阻的實驗電路圖如圖實－10－7(a)所示．圖(b)中給出的器材有：待測電源(電動勢約為4V，內(nèi)阻約為2Ω)，電壓表(內(nèi)阻很大，有5V、15V兩個量程)，電流表(內(nèi)阻不計，有0.1A、1A兩個量程)，滑動變阻器(阻值范圍0～10Ω)，開關(guān)．另有導(dǎo)線若干．試按照圖(a)中的電路在圖(b)中畫出連線，將器材連接成實驗電路(要求正確選擇電表量程，以保證儀器的安全并使測量有盡可能高的精確度)．圖實－10－7解析：電源電動勢約為4V，所以電壓表選擇5V的量程，估算通過電源的最大電流為I＝4/2A＝2A，所以電流表選擇1A的量程；連線如圖所示．答案：見解析圖4．要測量一電源的電動勢E(小于3V)和內(nèi)阻r(約1Ω)，現(xiàn)有下列器材：電壓表V(3V和15V兩個量程)、電阻箱(0～999.9Ω)、定值電阻R0＝3Ω、開關(guān)和導(dǎo)線．某同學(xué)根據(jù)所給器材設(shè)計如圖實－10－8甲的實驗電路．圖實－10－8(1)電路中定值電阻R0的作用是_____________________．(2)請根據(jù)圖甲電路，在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線連接電路．(3)該同學(xué)調(diào)節(jié)電阻箱阻值R，讀出對應(yīng)的電壓表讀數(shù)U，得到兩組數(shù)據(jù)：R1＝2.0Ω時U1＝2.37V；R2＝4.0Ω時U2＝2.51V．由這兩組數(shù)可求得電源的電動勢為E＝________V，內(nèi)阻為r＝________Ω.(4)為使最終測量結(jié)果更精確，在不改變實驗方法、不更換實驗器材的前提下，請你對該同學(xué)提一條建議______________________________________________________.答案：(1)保護電源，防止短路(2)見解析圖(3)2.94

1.2

(4)見解析5．某同學(xué)想自己制作一個金屬溫度計，為此該同學(xué)從實驗室找到一個熱敏電阻，并通過查資料獲得該熱敏電阻的阻值R隨溫度t變化的圖線如圖實－10－9甲所示．該同學(xué)進行了如下設(shè)計：將一電動勢E＝1.5V(內(nèi)阻不計)的電源、量程5mA內(nèi)阻Rg＝100Ω的電流表及電阻箱R′，及用該熱敏電阻作測溫探頭的電阻R，串成如圖乙所示的電路，把電流表的電流刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，就得到了一個簡單的“金屬電阻溫度計”．圖實－10－9(1)電流刻度較小處對應(yīng)的溫度刻度________；(填“較高”或“較低”)(2)若電阻箱阻值R′＝70Ω，圖丙中5mA刻度處對應(yīng)的溫度數(shù)值為________℃.解析：(1)由閉合電路歐姆定律E＝Ig(R＋R′＋Rg)，可見電流越小電阻越大，而電阻越大溫度則越高，即電流刻度較小處對應(yīng)的溫度刻度應(yīng)該較高．(2)若電阻箱阻值R′＝70Ω時，將數(shù)據(jù)帶入E＝Ig(R＋R′＋Rg)得熱敏電阻的阻值R＝130Ω，結(jié)合圖甲可知此時對應(yīng)的溫度數(shù)值為30℃.答案：(1)較高(2)306．(2010·廣東高考)某同學(xué)利用電壓表和電阻箱測定干電池的電動勢和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻(R0＝5Ω)一個，開關(guān)兩個，導(dǎo)線若干，實驗原理圖如圖實－10－10(a)．圖實－10－10(1)在圖(b)的實物圖中，已正確連接了部分電路，請完成余下電路的連接．(2)請完成下列主要實驗步驟：A．檢查并調(diào)節(jié)電壓表指針指零：調(diào)節(jié)電阻箱，示數(shù)如圖(c)所示，讀得電阻值是________；B．將開關(guān)S1閉合，