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1、5 学生实验：测量电源的电动势和内阻一、实验目的1学会用伏安法测量电源的电动势和内电阻2学会用“公式法”和“图像法”处理实验数据二、实验原理改变滑动变阻器的阻值，测出至少两组I 、U 数据，代入方程EUIr ，可得到方程组EU1 I1r，U2I 2ErI2U1I 1U2U1U2解此方程组可求得电动势EI 2I 1，内阻 r I2 I1.图 2-5-1三、实验器材待测电池一节，电流表 (00.6 A)、电压表 (0 3 V)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干，铅笔，坐标纸一、实验步骤1确定电流表、电压表的量程，按图2-5-2 连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的
2、一端2闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数3同样的方法，依次记录多组U、I 值4断开开关 S，拆除电路图 2-5-2二、数据处理1公式法利用依次记录的多组数据 (一般 6 组)，分别记录如表所示 .实验序号123456I/AI 1I 2I3I4I5I6U 外 /VU1U2U3U4U5U6第 1页分别将 1、4 组， 2、 5 组， 3、6 组联立方程组解出E1、 r1， E2、r 2， E3、r 3，求出它们的平均值1 E2E31 r2r 3E， r r作为测量结果E332图像法把测出的多组 U、I 值，在 U -I 图
3、中描点画图像，使U -I 图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图 2-5-3 所示，由 U E Ir可知：图 2-5-3E(1)纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流I m r .UE(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻r I Im.(3)若电源内阻 r 0(理想电源 )，则 U E.三、误差分析1偶然误差主要来源于电压表和电流表的读数以及作U-I 图像时描点不准确2系统误差主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流 (即流过电源的电流 )要小一些 U 越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U-I
4、 坐标系中表示出来，如图2-5-4 所示，可见 E测 E 真 ，r 测 r 真图 2-5-4四、注意事项1为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，宜选用旧电池和内阻较大的电压表2电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E 会明显下降，内阻r 会明显增大，故长时间放电电流不宜超过0.3 A，短时间放电电流不宜超过0.5 A因此实验中不宜将I 调得过大，读电表的示数时要快，每次读完后应立即断电3当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像时，纵轴单位可取的小一第 2页些，且纵轴起点可不从零开始如图2-5-5 所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势 E，但图线与横轴交点不再是短路电流，求内阻时
5、要在直线上取相隔较U远的两点，用 r I求出图 2-5-54为了提高测量的精确度，在实验中I、 U 的变化范围要大一些，计算E、r 时， U1 和 U2、 I1 和 I 2 的差值要大一些5用伏安法测电动势E 和内电阻 r 时，可以设计成两种电路甲乙图 2-5-6如图 2-5-6 所示，在实验中我们选择甲图的原因有：依据闭合电路的欧姆定律 EUIr ，在实验中需要测路端电压 U 和电源中的电流 I，可以看出，甲图中由于电压表的分流作用， 使电流表测得的不是真实的电源中的电流； 乙图中由于电流表的分压作用， 电压表测得的不是真实的路端电压 这两个电路都存在系统误差，由于电流表的电阻和电源的内阻差
6、不多大， 则乙图测量的电源内阻阻值和真实值相差太大故电流表的分压作用不能忽略，所以选用甲图电路较好6仪器的选择(1)电流表量程的选择：量程要大于电源允许通过的最大电流，对于电池来讲允许通过的最大电流是0.5 A故需要选 0 0.6 A.(2)电压表量程的选择：量程要大于电源电动势，对一节干电池来讲，电压表量程在大于 1.5 V 的前提下越小越好(3)滑动变阻器的选择：滑动变阻器的最大电阻为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因电源内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可实验探究 1对实验原理的考查为测量一电源的电动势及内阻(1)下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V 的电压表A量程为 1 V、
7、内阻大约为1 k 的电压表B量程为 2 V、内阻大约为 2 k 的电压表C量程为 3 V、内阻为 3 k 的电压表第 3页选择电压表 _串联 _k的电阻可以改装成量程为9 V 的电压表(2)利用一个电阻箱、 一只开关、若干导线和改装好的电压表 (此表用符号 、或 与一个电阻串联来表示， 且可视为理想电压表 )，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图(3)根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50 V 时，电阻箱的阻值为 15.0 ；电压表示数为 2.00 V 时，电阻箱的阻值为 40.0 ，则电源的电动势 E_V、内阻 r _.【解析】 (1)改装电压表时， 其内阻值
8、要准确告知， 所以排除 A 、B 而选 C；UV)，代入数据得 R 6 k .再由闭合电路欧姆定律可知 U RV (RVR串串(2)电路图如图所示：UE(3)根据闭合电路欧姆定律可得通式为RR r，将 U1 1.50 V、R115.0 及 U2 2.00 V、 R240.0 代入上式解得： E2.5 V、r 10 .【答案】(1)C6(2)图见解析(3)2.510实验探究 2实验操作与数据处理在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中，所用电流表和电压表的内阻分别为0.1 和 1 k 下.面分别为实验原理图及所需的器件图图 2-5-7(1)试在实物图中画出连线，将器件按原理图连接成实验电
9、路(2)一位同学记录的 6 组数据见表试根据这些数据在图 2-5-8 中画出 U-I 图线根据图像读出电池的电动势 E_V，根据图像求出电池内阻r _ .第 4页I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05图 2-5-8【解析】(1)按照原理图将实物连接如图(2)根据表格中 U、 I 数据，在方格纸U-I 坐标上找点描迹如图，连直线时第四组数据 (0.32 A,1.18 V)标出的点应该舍去，然后将直线延长，交 U 轴于 U11.47V，此即为电源电动势；交I 轴于 I0.65 A，注意此时 U21.00 V，由闭合电路欧姆定律得
10、 I EU2E U2 1.471.000.72 .r.求得 rI0.65【答案】(1)见解析(2)1.470.020.72 0.05学业分层测评 (十一 )(建议用时： 45 分钟 )1(多选 )用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，下列说法中错误的是() 【导学号： 96322135】A应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表读数变化明显B应选用内阻较小的电压表和电流表C移动滑动变阻器的滑片时， 不能使滑动变阻器短路造成电流表过载D使滑动变阻器阻值尽量大一些，测量误差才小【解析】伏安法测电池的电动势和内阻实验中，应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表，滑动变阻器阻值不能太大，如果太大不便于
11、调节【答案】BD2(多选 )如图 2-5-9 所示是根据某次实验记录数据画出的U-I 图像，下列关于这个图像的说法中正确的是()图 2-5-9A纵轴截距表示待测电源的电动势第 5页B横轴截距表示短路电流EC根据 r I短 ，计算出待测电源内电阻为12 D电流为 0.3 A 时的外电阻是18 【解析】图像与纵轴的交点，电流取值为 0，此时为断路状态，截距即等于电源电动势， 选项 A 对；但图像与横轴的交点处，电压等于 5.0 V，所以 0.5 A是路端电压为5.0 V 时的电流，而不是短路电流， 所以 B 错；根据 rEU得：IU 5.4r 2 ，所以 C 错；根据 R I 0.318 ，选项
12、D 对【答案】AD3(多选 )在测定电池的电动势和内电阻的实验中，待测电池、开关和导线，配合下列哪组仪器，可以达到实验目的() 【导学号： 96322136】A一只电流表和一个电阻箱B一只电流表、一只电压表和一个滑动变阻器C一只电压表和一个电阻箱D一只电流表和一个滑动变阻器【解析】采用 A 选项，原理： EI 1R1 I1r，EI 2R2I2r 联立可求得采用 B 选项，原理： EU1 I1 r，E U2I 2r 联立可求得采用C 选项，原理： EU1U2 U1 R1r，EU2 R2r 联立可求得而 D 选项采用的滑动变阻器因不知其阻值，所以无法求得【答案】ABC4在用电流表和电压表测定电池的
13、电动势和内阻的实验中，被测的电源是两节干电池串联的电池组可供选择的实验器材如下：A电流表，量程00.6 A,03 AB毫安表，量程0100 mA,0 100 AC电压表，量程 03 V,015 VD滑动变阻器， 01 000， 0.1 A第 6页E滑动变阻器， 020 ， 2 AF电键一个，导线若干甲乙图 2-5-10(1)为了尽量得到较好的效果，电流表应选_，量程应选 _，电压表量程选 _，滑动变阻器应选 _(2)如图 2-5-10 有甲、乙两个可供选择的电路， 应选 _电路进行实验实验中误差是由于 _表的读数比实际值偏 _所造成的【解析】(1)一般干电池允许通过的最大电流为0.5 A，故电
14、流表应该选 A ，其量程应该选 00.6 A 两节干电池串联后的电动势为3.0 V ，故电压表量程应该选 03 V 滑动变阻器的最大阻值只需要比电池组的内阻大几倍即可，故选择 E.(2)应该选乙电路，电流表的内阻和滑动变阻器的阻值相差不大，其分压作用不可忽略，而电压表的内阻相对滑动变阻器的阻值来讲大很多，其分流作用可以忽略，故选择乙电路 实验中电压表的示数是路端电压，电流表的示数比干路中的电流略小， 所以实验中的误差是由于电流表的读数比实际值偏小所造成的【答案】(1)A00.6 A03 VE(2)乙电流小5某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内电阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为 0 20
15、，连接电路的实物图如图 2-5-11 所示图 2-5-11(1)该学生接线中错误的和不规范的做法是()A滑动变阻器不起变阻作用B电流表接线有错C电压表量程选用不当D电压表接线不妥(2)在下面方框里画出这个实验的正确电路图第 7页【解析】(1)在实物连线图中，滑动变阻器的两个固定端接入电路了，滑片没有接，所以移动变阻器滑片时， 不会改变接入电路的电阻大小，变阻器不起变阻作用，选项A 正确直流电表只允许电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出， 图中电流表的正、负接线柱连接正确，所以选项B 不符合题意图中电源由一节干电池充当， 电动势是 1.5 V，所以电压表的量程应选用03 V，图中连接是正确的
16、，所以选项C 不符合题意图中把电压表直接和电池两端并联， 这样即使将开关断开， 电压表仍有示数，即开关不能控制通过电压表的电流，且电流从负接线柱流入，从正接线柱流出，所以电压表的接线不妥，选项D 符合题意(2)这个实验正确的电路图应该如图所示【答案】(1)AD(2) 电路图见解析图6某研究性学习小组利用图2-5-12(甲)所示电路测量电池组的电动势E 和1内阻 r .根据实验数据绘出如图 (乙)所示的 R I 图线，其中 R 为电阻箱读数， I 为电流表读数，由此可以得到 E_V， r_.【导学号： 96322137】(甲)(乙 )图 2-5-12【解析】由闭合电路欧姆定律可知： I E1R
17、r 由图像可知，Rr，所以 I E .第 8页当 1I 1.0 A1 时，R 2 ；当1I3.0 A1 时， R7.8，代入上式得： E2.9 V，r 0.9.【答案】2.90.97某同学在用电流表和电压表测定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2-5-13 甲所示 . 【导学号： 96322138】图 2-5-13(1)按图 2-5-13 甲电路原理图将图2-5-13 乙实物连接起来(2)该同学顺利完成实验，测出的数据如表所示请你根据这些数据帮他在图中画出 U-I 图像，并由图线得出电池的电动势E_ V，内阻 r _ .I/A0.100.170.230.30U/V1.201.000.800.60【解析】(1)如图所示(2)如图所示根据 U-I 图像，可得 E1.50 V.UrI 3.0 .第 9页