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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。 3E 和 r 的求解 (1)由 UEIr，得Error!， 解得Error!。 (2)作图法处理数据：由 UEIr，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
2、关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等。 四、实验步骤 1连接电路 1 电流表用 0.6 A 量程，电压表用 3 V 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 第 第 第 第 第 1 组 2 组 3 组 4 组 5 组 6 组 U /V I /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
3、足关系式 U1EI1r、U2EI2r、U3E 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
4、如图甲所示的电路测量时，在理论上 EU(IVIA)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： 2 当电压表示数为零时，IV0，IAI 短，短路电流测量值等于真实值； E 测r 真，r 测实际是 r 和 RA的串联值。 I 短测 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
5、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，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
6、值仍为内阻。 3 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。 (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 1 1 1 1 ) .45 .36 .27 .16 .06 I(A 0 0 0 0 0 ) .12 .20 .28 .36 .44 请根据表中的数据，在图 2 的方格纸上作出 UI图线。 4 由图线求得：电动势 E_V；内阻 r_。 (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
7、)由图可知，电流表的量程为 0.6 A，精度为 0.02 A，因此电流表的示数为 0.02 A220.44 A。 (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 1.60 V，斜率即内阻为 r 1.601.0 0.49 1.22 。 (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化，导致实验 误差增大。 答案 (1)0.44 (2)UI 图线如图所示 1.60(1.581.62 均正确) 1.22(1.181.26 均正确) (3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大 U 注意 UI 图象的 U 坐标轴一般不是从零刻度开始，这样内阻 r 只能用 r 计算，不能 I E 由 r 计算。 I 短 物理兴趣小组的同学用如下器材测定一节干电池的电动势和内阻： 直流电流表(量程 00.6 A,03 A；内阻约 1 ) 直流电压表(量程 03 V,015 V；内阻约 5 k) 定值电阻 R0(阻值近似为 8 ) 滑动变阻器 R(010 ，2 A) 电源(电动势约为 1.5 V，内阻约为 4 ) 开关和若干导线 有两个小组的同学分别设计了如图所示的两个实验方案，然后这两个小组的同学按正确的 5