《(含答案)测定电源的电动势和内阻要点.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(含答案)测定电源的电动势和内阻要点.pdf（17页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、1 测定电源的电动势和内阻 一、基础知识 （一）基本实验要求 1、实验原理 (1)闭合电路的欧姆定律 (2)E 和 r 的求解：由U EIr 得 U1EI1r U2EI2r ，解得 E、r. (3)用作图法处理数据，如图所示 图线与纵轴交点为E； 图线与横轴交点为I短 E r ； 图线的斜率表示r U I . 2、实验器材 电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺 3、基本操作 (1)连接电路 (2)电流表用0.6 A 的量程，电压表用3 V 的量程； (3)把滑动变阻器调到最大阻值处； (4)闭合开关，调节变阻器，使表有明显的示数，记下一组数据，同理记录多组数据 （二）规
2、律方法总结 1、实验数据求E、r 的处理方法 (1)列多个方程组求解，再求E、r 的平均值 2 (2)图象法处理：以端电压U 为纵轴，干路电流I 为横轴，建系、描点、连线，纵轴截距 为电动势E，直线斜率k 的绝对值为内阻r. 2、注意事项 (1)为了使端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池 (2)电流不要过大，应小于0.5 A，读数要快 (3)要测出不少于6 组的 (U，I)数据，变化范围要大些 (4)若 UI 图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，应根据r | U I |确定 (5)电流表要内接(因为 r 很小 ) 3、误差来源 (1)偶然误差：用图象法求E 和 r 时作
3、图不准确 (2)系统误差：电压表分流或电流表分压. 4、实物图连接的技巧 实物图连接是一类考查学生实验技能和操作能力较为有效的题型，连线前一 定要画出实验电路图，然后按图连线，且必须注意以下几点： (1)连线不能交叉； (2)必须把线接在接线柱上； (3)电流应从电表正接线柱流入，从负接线柱流出； (4)变阻器应处在有效控制状态在实际操作中，画电路图时，各元件的相对位置 应尽量与实物图相吻合；连实物图时，应先串后并，先连控制电路后连测量电路 要特别注意变阻器的分压连接，把变阻器的全电阻、开关、电源连成干路，取变 阻器的部分电阻与测量电路并联即可 （三）误差分析 1、电流表相对电源外接（课本上的
4、方法） （1）用图象法分析： 设通过电源电流为I 真 ，电流表读数为I 测 ，电压表内阻为R v ，电压表读数为U，电 压表分流为I v ，由电路结构，IIII U R vv v 真测 ，而，U 越大，I v 越大，U I v 也趋于零。 它们的关系可用图表示，由测量数据画出的U-I 图角为图象AB。根据修正值，图线上 每点电压对应电流的真实值大于测量值，作出修正之后的U-I 图线 CB。 由图象可看出图线AB 的纵轴截距（E 测 ）小于图线CB 的纵轴截距（E 真 ） ，图线 AB 3 斜率的绝对值（ r测）也小于图线 CB 斜率的绝对值（ r真） ，因此， E、r 的测量值均小于真 实值。
5、 （2）可把电压表和电源看成等效电源， 如图虚线框所示。E、 r 的测量值即为等效电源的电动势和内阻。 等效电源内电路为电压表和电源并联，等效内阻 r测 小于电源内阻 r真，r R Rr r v v 测 真 真 ，相对误差为 r Rr Rr v v 真 真 真 ，因为 ， 所以相对误差很小，满足实验误差允许范围。 电流表的读数为等效电源的输出电流，外电路断开时a、b 两点间电压Uab即等效电源 开路电压为等效电源的电动势，即为电源电动势的测量值。等效电动势E测小于电源电动势 EE R Rr EE v v 真测真真 ， ，相对误差为 r Rr v ，因为Rr v真 ，所以相对误差很 小，也满足实
6、验误差允许范围。 2、电流表相对电源内接 （1）用图象法分析： 闭合电路的欧姆定律UEIr中 U 是电源两极间电压，由于电流表分压存在系统误 差，导致电压表读数（测量值）小于电源两极间电压（真实值）。 设电源电压为U 真 ，电压表读数为U 测 ，电流表内阻为RA，电流表读数为I，电流表分 压为 UA。由电路结构UUUUIR AA真测测 ，所以在 U-I 图象上对应每一个I 值应 加上一修正值UAIRA。由于 RA很小，当 I 很小时， UA趋于零， I 增大， UA也增大。理论 值与实验值的关系图所示。AB 为由测量数据画出的U-I 图象， CB 为修正之后的U-I 图象。 由图可知 EErr
7、 测真测真 ，。 可把电流表和电源看成等效电源，如图虚线框所示，内阻的测量值，即等效电源的内阻为 电源内阻和电流表内阻之和rrRr A测真真 ，相对误差为 R r A 。因为RA与r真接近甚 4 至大于 r真，所以，相对误差很大，远远超出实验误差允许范围，内阻的测量已没有意义。 （四） 测电源的电动势和内阻的其他几种方法 1、安阻法：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为：EI1(R1r)，E I2(R2r)，由此可求出 E 和 r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大 2、伏阻法：用一个电压表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为：E U1U 1 R1r，E U2 U2 R2
8、r.由此可求出 r 和 E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小 3、伏伏法：用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示测量方法为：断开S，测 得 V1、V2的示数分别为U1、U2，此时， EU1U2 U1 RVr，RV 为 V1的内阻；再闭合S， V1的示数为 U1，此时 EU1 U1 RV r，解方程组可求得E、r. 4、粗测法：用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电 源的电动势，此时U ERV RVrE，需满足 RV? r. 二、练习 考点一对实验原理及数据处理的考查 1、(2012 重庆理综 22(2)某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制
9、作 了果汁电池， 他们测量这种电池的电动势E 和内阻 r， 并探究电极间距对E 和 r 的影响实 5 验器材如图所示 测量 E 和 r 的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U 和流过电源的电 流 I，依据公式 _，利用测量数据作出UI 图象，得出E 和 r. 将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在图中用笔画 线代替导线连接电路 实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的U I 图象如图中 (a)、 (b)、(c)、(d)所示，由此可知： 在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势_(填“增大”、“减小”或“不 变” )，电源内阻 _(填“增大”、
10、“减小”或“不变”) 曲线 (c)对应的电源电动势E_V， 内阻 r_. 当外电路总电阻为2 500 时， 该电源的输出功率P_mW.(均保留三位有效数字) 解析 本题是利用伏安法测电源的电动势和内阻，由EUIr 得 UEIr. 连接电路图要从电源正极出发，先连接串联部分，最后再进行并联，并注意电压表、 电流表的正、负接线柱，以防接反 6 在电源的UI 图象中，纵轴截距表示电源电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻， 由题图可得，电极间距减小时，电源电动势不变，内阻增大对图线(c)，由图得： E 0.975 V ，内阻 r |k| U I 478 . 当 R2 500 时， PI 2R E 2 R
11、r 2R，代入数据可得： P0.268 mW. 答案 UEIr如图所示 不变增大0.9754780.268 2、(1)用电压表、电流表测定电源的电动势和内阻实验，采用的是下列_电路图 (2)某同学将和测得的数值逐一描绘在坐标纸上，再根据这些点分别画出了图线a 与 b，如图所示，你认为比较合理的是图线_(填“ a”或“ b”) 7 (3)根据该图线得到电源电动势的大小是_V ；内阻是 _ (结果保留两位小 数) 答案(1)D(2)a(3)1.450.94 解析(1)测定电源的电动势及内阻的实验中，原理是闭合电路的欧姆定律，电压表要测 量路端电压，电流表要测量电路中的总电流，所以A、B 项错误；为
12、了使内阻测量准确， 电流表要采用内接法，所以C 项错误， D 项正确 (2)描出点后应用直线把各点连接起来，所以选a. (3)利用图象纵轴上的截距求得电动势为1.45 V，曲线的斜率绝对值为电源的内阻，约为 0.94 . 3、在“测定电池的电动势和内阻”的实验中 (1)第一组同学利用如图所示的实验装置测量，电压表应选择量程_(填“ 3 V”或 “15 V” )，实验后得到了如图所示的UI 图象，则电池内阻为_. (电压表、电 流表均为理想电表) (2)第二组同学也利用图的实验装置测量另一节干电池，初始时滑片P 在最右端，但由于 滑动变阻器某处发生断路，合上电键后发现P 向左滑过一段距离后电流表
13、才有示数设 滑片 P 向左滑动的距离为x，该组同学分别作出了电压表读数U 与 x、电流表读数I 与 x 的关系图，如图所示，则根据图象可知，电池的内阻为_. 8 答案(1)3 V1.50(2)1.0 解析(1)考虑到实验的精确度，电压表量程应选3 V，由图象： r | U I |1.50 . (2)由 Ux 图知，当 x5 cm 时， U1.50 V 不变，说明断点就在x5 cm 处，且电动势 E1.50 V；当 x5 cm 时， I 0.15 A由 EUIr 知： 1.50 1.350.15r，所以算得r 1.0 . 4、(2012 福建理综 19(2)某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势
14、E. 先直接用多用电表测定该电池电动势在操作无误的情况下，多用电表表盘示数如图， 其示数为 _V. 然后，用电压表、电阻箱R、定值电阻R0、开关 S、若干导线和该电池组成电路， 测定该电池电动势 (i)根据电路图，用笔画线代替导线，将实物图连接成完整电路 9 (ii) 闭合开关S，调整电阻箱阻值R，读出电压表相应示数U.该学习小组测出大量数据， 分析筛选出下表所示的R、U 数据，并计算出相应的 1 R与 1 U的值请用表中数据在图上描 点，并作出 1 U 1 R 图线 . R()166.771.450.033.325.020.0 U(V)8.35.94.84.23.22.9 1 R(10 21
15、) 0.601.402.003.004.005.00 1 U(V 1) 0.120.170.210.240.310.34 (iii) 从图线中可求得E_ V. 答案见解析 解析 读出示数为：9.4 V. (i)连线如图所示 (ii) 作图线如图所示 (iii) 由闭合电路欧姆定律得EU U R(rR0)，变形得 1 U 1 E r R0 E 1 R，从上式看出在 1 U 10 1 R图象中，纵轴的截距即为 1 E，由图象得出截距为 0.10，所以 E10.0 V(9.5 V 11.1 V 内 均正确 ) 考点二对实验故障的判断的考查 5、在做测量一只蓄电池(电动势约为2.2 V，内阻很小 )的
16、电动势和内阻的实验时，备有下列 器材供选用： A定值电阻 (阻值已知为R11 ，额定功率约 5 W) B定值电阻 (阻值已知为R210 ，额定功率约 10 W) C直流电流表 (量程 00.6 A3 A，内阻不能忽略) D直流电压表 (量程 03 V15 V，内阻较大 ) E滑动变阻器 (阻值范围0 10 ) F滑动变阻器(阻值范围01 000 ) G电键 H导线若干 (1)为防止电源短路，用作保护电阻的定值电阻选用_(填“ A”或“ B” )；滑动变阻 器选用 _(填“ E”或“ F”) (2)某同学将选定的器材在实物图上连线完成了实验电路，闭合电键后无论怎样移动滑片 P，发现电压表示数约为
17、2.2 V 不变，电流表的示数几乎为零，若电路中只有一处故障， 则电路故障可能是下述中的_ Ab、c 间断路 Ba、 b 间某点电阻丝断路 CP 与电阻丝未接通 D保护电阻断路 11 (3)排除故障后， 某小组讨论发现图中有一条导线连接错误，请在错误导线上画上“”， 并画出正确接线 (4)改正错误后按正确操作完成实验，根据实验记录，将测量数据描点如图，请在图上作 出相应图象则待测蓄电池的电动势E 为_V，内阻 r 为_. (结果均保留 三位有效数字) 解析(1)如用 R2 10 的定值电阻，则电流过小，与UI 图象不符，无法完成实验， 因此应选A.滑动变阻器应选E，因为滑动变阻器F 阻值过大，
18、不易调节 (2)电压表有示数约为2.2 V 且不变，说明a、c 之间断路，选项A、 C 正确 (3)由于电源内阻很小，电流表一定外接 (4)根据作出的图象知，纵轴截距为电动势E2.20 V，(2.10 V 2.30 V 皆可 ) k| U I |R1r，所以 r 0.500 (0.400 0.600 皆可 ) 答案(1)AE(2)AC (3)图线如图所示 (4)2.20(2.10 2.30)0.500(0.4000.600) 12 6、某同学在“用电流表和电压表测电池的电动势和内阻”的实验中， 串联了一只2.5 的保护电阻R0，实验电路如图所示 (1)连好电路后，当该同学闭合电键时，发现电流表
19、示数为0， 电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未 发生短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a、b，b、c，d、e 时，示 数 均为0，把 两表 笔接c、 d 时 ，示数与电压表示 数相同，由 此可推断故 障是 _ (2)按电路原理图及用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接c、d 时的实物电路 图如图所示，请以笔画线代替导线连接起来 答案见解析 解析(1)根据电流表示数为零，可以确定是断路故障，根据电压检测情况，可以确定故 障是滑动变阻器R 断路 (2)如图所示 13 7、某研究性学习小组采用如图所示的电路测量某干电池的电动势 E 和内阻 r，R 为电阻箱， V
20、 为理想电压表，其量程略大于电池的电 动势实验中通过多次改变电阻箱的阻值R，从电压表上读出相应的 示数 U，该小组同学发现U 与 R 不成线性关系，于是求出了相应的图 9 电阻与电压的倒数如下表所示. 序号1234567 1 R ( 1 )0.10.40.51.02.02.55.0 1 U(V 1 )0.360.440.430.600.871.001.58 回答下列问题： (1)根据表中的数据和实验原理，你认为第_(填序号 )组数据是错误的，原因是 _ _. (2)根据实验数据，请在图所给的坐标系中绘出 1 U 1 R关系图线 (3)由图线可知，该干电池的电动势E_ V ，内阻 r_ . (结
21、果保留两位 有效数字 ) 解析(1)根据 EU U Rr，得 1 U r E 1 R 1 E，知 1 R变大， 1 U就变大，故第 3 组数据错误 (2)根据给定的各组 1 R、 1 U值在坐标系中描出位置，然后依据这些位置作出 1 U 1 R图线，如 图所示 14 (3)根据 1 U r E 1 R 1 E知，纵轴截距是电动势的倒数， 斜率是 r E，有 1 E0.35， r E 1.580.35 5.00 ， 得 E2.9 V，r 0.71 . 答案(1)3随着电阻的减小路端电压应逐渐减小 (2)见解析图(3)2.90.71 8、小明要测量一电源的电动势E 和内阻 r，实验器材有：一只DI
22、S 电流传感器 (可视为理想 电流表，测得的电流用I 表示 )，一只电阻箱 (阻值用 R 表示 )，一只开关和导线若干该 同学设计了如图所示的电路进行实验和采集数据 (1)小明设计该实验的原理表达式是_(用 E、r、I、R 表示 )； (2)小明在闭合开关之前，应先将电阻箱阻值调至_(选填“最大值”、“最小值” 或“任意值”)，在实验过程中，将电阻箱调至如图所示位置，则此时电阻箱接入电路的 阻值为 _； (3)小明根据实验采集到的数据作出如图所示的 1 I R 图象，则由图象求得， 该电源的电动 势 E_V ，内阻 r_(结果均保留两位有效数字) 15 答案(1)EI(Rr)(2)最大值25(
23、3)6.0(5.86.2 均可 )2.4(2.32.5 均可 ) 解析(1)在闭合电路中，E、I、R、r 几个量之间的关系是EI(Rr) (2)为了整个电路的安全，所以开始电流要小，即电阻箱电阻调到最大值；题图中电阻箱 读数为 25 . (3)根据 EI(Rr)，推出 1 I R E r E，再结合 1 I R 图象可知：图线的斜率为 1 E，截距为 r E， 解得 E6.0 V(5.8 6.2 均可 )， r2.4 (2.3 2.5 均可 ) 9、在“测量电源的电动势和内阻”的实验中，因找不到合适的电流表，某同学设计了如图 所示的测量电路，图中器材规格如下： 电源 E(电动势约为3 V，内阻
24、未知 ) 电压表 V1(量程 03 V，内阻约 3 k ) 电压表 V2(量程 03 V，内阻很大 ) 滑动变阻器R(020 ) 定值电阻R02 (1)请根据电路图在图中完成实物连线 16 (2)下表是该同学的实验数据表格，请根据表中数据在图所示坐标纸中作出U1 U2图线 . U1(V)2.792.682.572.442.362.27 U2(V)0.380.600.821.011.231.40 (3)根据图线可求得电源电动势E_V ，内阻 r_ .(结果保留3 位有效 数字 ) 答案(1)实物连线如图所示 (2)如图所示 (3)2.98(2.96 3.00)1.03(1.011.05) 解析(3)由于 R0为定值电阻，所以 U2 R0即为干路总电流由画出的 U1U2图可知， E 2.98 V(2.96 V 3.00 V 都对 )，当 U12.00 V 时， U21.9 V ，此时 I U2 R00.95 A 由 r 17 k| U 1 I |1.03 (1.01 1.05 都对 )