1、【 精品教育资源文库 】 实验十 测定电源的电动势和内阻 1.实验原理 闭合电路欧姆定律 . 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)电流表用 0.6A 的量程，电压表用 3V 的量程，按图 1 连接好电路 . 图 1 (2)把滑动变阻器的滑片移到使阻值最 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并记录一组数据 (I1， U1).用同样的方法再测量几组 I、 U值，填入表格中 . (4)断开开关，拆除电路，整理好器材 . 1.实验数据求 E、 r 的处理方法 (1)列方程求解 ：由 U E Ir 得?
2、U1 E I1rU2 E I2r ，解得 E、 r. (2)用作图法处理数据，如图 2 所示 . 图 2 图线与纵轴交点为 E； 【 精品教育资源文库 】 图线与横轴交点为 I 短 Er； 图线的斜率表示 r | U I|. 2.注意事项 (1)为了使路端电压变化明显，可使用内阻较 大 的旧电池 . (2)电流不要过大，应小于 0.5A，读数要快 . (3)要测出不少于 6 组的 (I， U)数据，变化范围要大些 . (4)若 U I 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，内阻应根据 r | U I|确定 . (5)电流表要内接 (因为 r 很小 ). 3.误差来源 (
3、1)偶然误差：用图象法求 E 和 r 时作图不准确 . (2)系统误差：电压表分流 . (3)本实验中测量结果是： E 测 E 真 ， r 测 r 真 . 命题点一 教材原型实验 例 1 (2016 四川理综 8) 用如图 3所示电路测量电源的电动势和内阻 .实验器材：待测电源 (电动势约 3V，内阻约 2) ，保护电阻 R1(阻值 10) 和 R2(阻值 5) ，滑动变阻器 R，电流表 A，电压表 V，开关 S，导线若干 . 图 3 实验主要步骤： () 将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关； () 逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数 U 和相应电流表的示数 I； (
4、) 以 U 为纵坐标， I 为横坐标，作 U I 图线 (U、 I 都用国际单位 )； () 求出 U I 图线斜率的绝对值 k 和在横轴上的截距 a. 回答下列问题： 【 精品教育资源文库 】 (1)电压表最好选用；电流表最好选用 . A.电压表 (0 3V，内阻约 15k) B.电压表 (0 3V，内阻约 3k) C.电流表 (0 200mA，内阻约 2) D.电流表 (0 30mA，内阻约 2) (2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大 .两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是 . A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱 B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱 C.一
5、条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱 D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱 (3)选用 k、 a、 R1和 R2表示待测电源的电动势 E 和内阻 r 的表达式 E， r，代入数值可得 E 和 r 的测量值 . 答案 (1)A C (2)C (3)ka k R2 解析 (1)电压表内阻越大，分流越小，误差也就越小，所以选内阻较大的电压表 A；当滑动变阻器接入电阻最小时通过电流表的电流最大，此时通过电流表的电流大小约为 I ER1 R2 r176mA ，所以选量程为 200mA的电流表 C. (2)由电路分析可知，若滑动变阻器的
6、滑片右移电压表示数变大，则滑动变阻器接入电路部分阻值增大，选项C 符合题意 . (3)由 E U I(r R2)，得 U I(r R2) E，对比伏安特性曲线可知，图象斜率的绝对值 k r R2，所以电源内阻 r k R2；令 U 0， 得 I Er R2 Ek，由题意知 U I 图线与横轴截距为 a，所以 a I Ek，则 E ka. 变式 1 利用图 4 所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差 .供选择的器材有： 图 4 A.电流表 A(0 0.6A) B.电压表 V1(0 3V) C.电压表 V2(0 15V) D.滑动变阻器 R1(0 20) E.滑动变阻器 R2
7、(0 200) F.定值电阻 R0 1 G.开关一个，导线若干 (1)实验中电压表应选用，滑动变阻器应选用 (选 填相应器材前的字母 ). 【 精品教育资源文库 】 (2)闭合开关，电压表和电流表均有示数，但是无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表的读数变化都非常小 .同学们讨论后，在原电路的基础上又加了一个定值电阻 R0，问题得到解决 .请你在 方 框内画出改进后的电路图 . 某位同学记录了 6 组数据，对应的点已经标在坐标纸上 .在图 5 坐标纸上画出 U I 图线，根据所画图线可得出干电池的电动势 E V，内电阻 r .( 结果均保留两位有效数字 ) 图 5 答案 (1)B D (2)见
8、解析图 1.5 0.14(0.13 0.18 均可 ) 解析 (1)由于干电池的电动 势为 1.5V，所以应选电压表 B， C 的量程太大，误差太大；选用小的滑动变阻器便于操作，故选 D. (2)电路图如图甲所示， U I 图线如图乙所示 【 精品教育资源文库 】 图象的纵截距表示电源电动势，故有 E 1.5V，所以内阻为 r U I R0 1.5 1.00.44 10.14 变式 2 利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻 .要求尽量减小实验误差 . (1)应该选择的实验电路是图 6 中的 (选填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ”). 图 6 (2)现有电流表 (0 0.6A)、开关和导
9、线若干 ，以及以下器材： A.电压表 (0 15V) B.电压表 (0 3V) C.滑动变阻器 (0 50) D.滑动变阻器 (0 500) 实验中电压表应选用；滑动变阻器应选用 .(选填相应器材前的字母 ) (3)某位同学记录的 6 组数据如表所示，其中 5 组数据的对应点已经标在图 7，请标出余下一组数据的对应点，并画出 U I 图线 . 序号 1 2 3 4 5 6 电压 U(V) 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10 电流 I(A) 0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480 图 7 (4)根据 (3)中所画图线可得出干电池的电动势 E
10、 V，内电阻 r . (5)实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数 U 及干电池的输出功率 P 都会发生变化 .下列示意图中正确反映 P U 关系的是 . 【 精品教育资源文库 】 答案 (1)甲 (2)B C (3)如图所示 (4)1.50(1.49 1.51 均可 ) 0.83(0.81 0.85 均可 ) (5)C 解析 (1)干电池内阻相对一般电流表内阻而言较小，为减小电流表分压带来的系统误差，故应选甲 . (2)干电池电动势约为 1.5V，电压表选 B 可减小读数误差 .滑动变 阻器应选 C，若选 D，由于总阻值较大，则滑片滑动时移动范围小，不便调节 . (3)图线应为直线
11、，作图时使尽量多的点在线上，不在线上的点应均匀分布在线的两侧，误差较大的点舍去 . (4)由 U E Ir 可得图象上的纵轴截距 E 1.50V，斜率的绝对值 r0.83. (5)输出功率 P UI U E Ur 1r(U E2)2 E24r，应为开口向下的抛物线， C 正确 . 变式 3 手机、电脑等电器已经普及到人们的日常生活中，这些电器都要用到 蓄电池 .某同学利用下列器材测定一节蓄电池的电动势和内阻 .蓄电池的电动势约为 3V. A.量程是 0.6A，内阻约为 0.5 的电流表； B.量程是 3V，内阻是 6k 的电压表； C.量程是 15V，内阻是 30k 的电压表； D.阻值为 0
12、 1k ，额定电流为 0.5A 的滑动变阻器； E.阻值为 0 10 ，额定电流为 2A 的滑动变阻器； F.定值电阻 4 ，额定功率 4W； G.开关 S 一个，导线若干 . (1)为了减小实验误差，电压表应选择 (填器材代号 )，图 8 中的导线应连接到处 (填 “” 或 “”) ，改变滑动变阻器阻值的时候，为了使 电压表和电流表的读数变化比较明显，滑动变阻器应选择 (填器材代号 ). 【 精品教育资源文库 】 图 8 (2)用 (1)问中的实验电路进行测量，读出电压表和电流表的读数，画出对应的 U I 图线如图 9 所示，由图线可得该蓄电池的电动势 E V，内阻 r .( 结果保留两位
13、有效数字 ) 图 9 答案 (1)B E (2)3.2 1.3 解析 (1)蓄电池的电动势约为 3V，电压表 C 的量程太大，选电压表 B.导线接 处，与电池串联的定值电阻阻值已知，有利于准确测出电池的内阻 .电流表量程为 0.6A，由 R EI得回路中的总电阻不能 小于 5 ，滑动变阻器 D 总阻值太大，操作不方便，滑动变阻器选 E.(2)由图线在纵轴上的截距可得蓄电池的电动势 E 3.2V，图线斜率的绝对值 |k|5.3 ，减去与电池串联的定值电阻的阻值 4 ，可得电池的内阻 r 1.3. 命题点二 实验拓展创新 例 2 (2017 天津理综 9(3) 某探究性学习小组利用如图 10 所示
14、的电路测量电池的电动势和内阻 .其中电流表 A1的内阻 r1 1.0k ，电阻 R1 9.0k ，为了方便读数和作图，给电池串联一个 R0 3.0 的电阻 . 图 10 按图示电路进行连接后，发现 aa 、 bb 和 cc 三条导线中，混进了一条内部断开的导线 .为了确定哪一条导线内部是断开的，将电键 S 闭合，用多用电表的电压挡先测量 a、 b 间电压，读数不为零，再测量 a、 a间电压，若读数不为零，则一定是导线断开；若读数为零，则一定是导线断开 . 【 精品教育资源文库 】 图 11 排除故障后，该小组顺利完成实验 .通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表 A1和 A2的多组 I1
15、、 I2数据，作出图象如图 11.由 I1 I2图象得到电池的电动势 E V，内阻 r . 答案 aa bb 1.41(1.36 1.44 均可 ) 0.5(0.4 0.6 均可 ) 解析 用电压挡检测电路故障，电压表的表头是电流计，原电路有断路，回路中无电流，将电压表接在 a、b 间后有示数，说明电路被接通，即 a、 b 间有断路故障，再测量 a、 a 间电压，电压表读数不为零，说明断路故障的范围被缩小到 a、 a 间，则一定是 aa 导线断开；若读数为零，则说明电路仍未被接通，电路故障一定是 bb 导线断开 . 根据闭合电路的欧姆定律得 E I1(R1 r1) (I1 I2)(R0 r)， I1?I2，上式可简化为 E I1(R1 r1) I2(R0r)，读出两点坐标： (60 mA,0.12 mA)和 (260 mA,0.05 mA)，代入方程解得：电动势 E 1.41 V，内阻
