江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第七章恒定电流实验八测量电源的电动势和内阻讲义含解析.pdf
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1、实验八 测量电源的电动势和内阻实验八 测量电源的电动势和内阻 1实验目的 测量电源的电动势和内阻 2实验原理 (1)用电压表、电流表、可变电阻(如滑动变阻器)测量测出两组U、I值,就能算出电动势 和内阻 图 1 原理公式:EUIr. 图 1 甲适合测量内阻较小的电池;图乙适合测量内阻较大的电池(如水果电池) (2)用电流表、电阻箱测量如图 2 甲所示,测出两组I、R值,就能算出电动势和内阻 图 2 原理公式:EI(Rr) (3)用电压表、电阻箱测量如图乙所示,测出两组U、R值,就能算出电动势和内阻 原理公式:EUr. U R 3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
2、,坐标纸 4实验步骤 (1)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)把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端 (3)闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,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电压、电流值 (4)断开开关,整理好器材 (5)在坐标纸上作UI图线,求出E、r. 5数据处理 (1)公式法 : 原则上,利用两组U、I数据,根据公式EUIr,便可得到E、r,但这样误差 较大,为减小误差,可测多次求平均值 (2)图象法:将多组U、I数据描在坐标纸上,利用图线求解电动势和内阻 图线的纵坐标是路端电压,横坐标是干路电流,根据UEIr,图线是倾斜的直线
3、电阻的伏安特性曲线中,U与I成正比,前提是R保持不变,而这里的UI图线中,E、r 不变,外电阻R改变,正是R的变化,导致I和U的变化 实验中至少得到 5 组以上实验数据,画在坐标纸上拟合出一条直线要使多数点落在直线 上,且分布在直线两侧的点个数大致相等,个别偏离太远的点应舍去 将图线延长, 纵轴截距点意味着断路情况, 它的数值就等于电动势 横轴截距点(路端电压U 0)意味着短路情况,它的数值就等于短路电流 特别提醒 (1)两个截距点均是无法用实验实际测到的, 是利用得到的图线向两侧合理外推得 到的 (2)由于r一般很小,得到的图线斜率的绝对值就较小为了使测量结果准确,可以将纵轴的 坐标不从零开
4、始,计算r时选取直线上相距较远的两点求得 6注意事项 (1)实验电路图:一般电源内阻较小,电流表和滑动变阻器串联后与电压表并联 (2)电流表一般选 00.6A 挡,电压表一般选 03V 挡 (3)电流不能过大,一般小于 0.5A. (4)由于电池内阻一般较小,为使电压表读数有明显变化,可采用内阻较大的旧电池,或给电 池串联一个定值电阻R0,测出等效内阻后再减掉R0即可 命题点一 教材原型实验命题点一 教材原型实验 例 1 (2018扬州市一模)利用如图 3 所示的实验装置测量两节干电池组成的电源的电动势 和内电阻 图 3 (1)请在图中用笔画线代替导线完成电路连接 (2)在实验操作正确的情况下
5、测得数据记录在下表中,请在图 4 中作出UI图象. U/V2.942.862.812.762.712.62 I/A0.060.120.180.240.300.38 图 4 (3)根据UI图象,可得该电池组的电动势E_V,内电阻r_.(结果均 保留两位有效数字) (4)本实验存在系统误差,原因是_(选填“电压表分流”或“电流表分压”前面 的序号),由此造成电源内阻测量值_(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值 答案 (1)见解析图 (2)见解析图 (3)3.0 1.0 (4) 小于 解析 (1)测电源的电动势和内电阻,电流表应相对电源外接,实物连接图如图甲所示: (2)在UI坐标系内,描点连线
6、,如图乙所示: (3)由UEIr可知,图象在纵轴的截距等于电源电动势,斜率的绝对值等于内阻故E 3.0V,r1.0. (4)本实验存在系统误差, 原因是电压表分流, 使得电流表示数小于干路电流 ; 外电路短路时, 电压表分流为零,实际电流等于电流表电流,电压越大,电压表分流越多,实际电流大于电 流表电流越多,图象斜率的绝对值将越大,因此电源内阻测量值小于真实值 变式 (2018苏锡常镇一调)在 “测电源电动势和内阻” 的实验中, 某实验小组同学根据图 5 甲电路进行测量实验 图 5 (1)根据图甲电路,在图乙中用笔画线代替导线,完成实物电路的连接 (2)实验小组同学操作正确, 记录下几组电压表
7、和电流表的示数, 并在坐标系内作出电压表示 数U和对应的电流表示数I的图象, 如图 6(a)所示 由图象可测得E测和r测, 则E测_E真,r 测_r真(均选填“”“”或“r真 例 2 (2018南京市三模)利用电压表和电阻箱可以测量电池的电动势和内电阻,某同学找 到了如下的器材:电池组(电动势约为 6.0V,内阻约为 1),灵敏电流计 G(满偏电流Ig 100A,内阻Rg100),定值电阻R1(R11),定值电阻R2(R259.9k),变阻箱R3(阻 值范围 09.9 可调),开关、导线若干该同学发现还需要一个合适的电压表,于是把灵 敏电流计 G 改装成电压表 图 7 (1)将灵敏电流计G表改
8、装成量程为6V的电压表, 需将G表与_(选填 “R1” “R2” 或 “R3” ) 串联 (2)为了准确地测量出电池组的电动势和内电阻,请在图 7 甲虚线框中把实验电路图补充完 整,并在对应的电阻旁边标上R1、R2或R3,如果为变阻箱,请补充完整其符号,为改装后 的电压表 (3)某次测量,电压表示数如图乙,其读数为_V. (4)经过多次测量,得出图丙所示的图象,由图可求得该电池组的电动势为_V,内阻 为_(结果均保留两位有效数字) 答案 (1)R2 (2)如图所示 (3)4.4 (4)5.0 1.5 例 3 (2018江苏单科10)一同学测量某干电池的电动势和内阻 (1)如图 8 所示是该同学
9、正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路 请指出图中 在器材操作上存在的两个不妥之处_;_. 图 8 (2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I,以及计算的 数据见下表: 1 I R/8.07.06.05.04.0 I/A0.150.170.190.220.26 /A1 1 I 6.75.95.34.53.8 根据表中数据,在图 9 的方格纸上作出R 关系图象 1 I 图 9 由图象可计算出该干电池的电动势为_V;内阻为_. (3)为了得到更准确的测量结果, 在测出上述数据后, 该同学将一只量程为 100mV 的电压表并 联在电流表的两端调节电阻箱,当电流表的示数为 0.33A 时,
10、电压表的指针位置如图 10 所 示,则该干电池的电动势应为_V;内阻应为_. 图 10 答案 (1)开关未断开 电阻箱阻值为零 (2)见解析图 1.34(1.301.44 都算对) 1.2(1.01.4 都算对) (3)1.34结果与(2)问第 一个空格一致 1.0结果比(2)问第二个空格小 0.2 解析 (1)在电学实验中, 连接电路时应将开关断开, 电阻箱的阻值调为最大, 确保实验仪器、 仪表的安全 (2)根据闭合电路欧姆定律,得 EI(Rr) 即R rE r, E I 1 I 即R 图象为直线 1 I 描点连线后图象如图所示 根据图象可知r1.2. 图象的斜率为电动势E, 在R 图象上取
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