1、【 精品教育资源文库 】 实验 10 测定电源的电动势和内阻 一、实验目的 1测定电源的电动势和内阻 2加深对闭合电路欧姆定律的理解 二、实验原理 1如图甲所示，改变 R 的阻值，从电压表和电流表中读出几组 I、 U 值，利用闭合电路的欧姆定律求出几组 E、 r 值，最后分别算出它们的平均值 2用图象法来处理数据，在坐标纸上以 I 为横坐标、 U 为纵坐标，用测出的几组 I、 U值画出 UI 图象，如图乙所示，直线跟纵轴的交点的纵坐标表示电源电动势 E 的值，图线的斜率的绝对值即内阻 r 的值 三、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 四、实验步骤 1电流
2、表用 0.6 A 量程，电压表用 3 V 量程，按实验原理图连接好电路 2把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端 3闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据 (I1， U1)用同样方法测量出六组 I、 U 的值填入表格中 . 组数 物理量 第 1 组 第 2 组 第 3 组 第 4 组 第 5 组 第 6 组 U/V I/A 4.断开开关，拆除电路，整理好器材 (2018 洛阳月考 )在做 “ 测量电源的电动势和内阻 ” 实验时： 【 精品教育资源文库 】 (1)某同学连接了实物线路图甲中的部分导线，请帮助他将电压表正确地连入电路中 (2)检查电路无误后，闭合开关前，应把滑动变阻
3、器的滑片移到最 _端 (填 “ 左 ”或 “ 右 ”) (3)某实验小组测得了一系列数据，并在图乙坐标纸上描绘出了该电源的 UI 图线，根据图线求得电源的电动势 E _V，内电阻 r _( 保留三位有效数字 ) 解析： (1)测量电源的电动势和内电阻的实验电路较为简单，只需要滑动变阻器控制电路中的电流，再利用电流表和电压表分别测量电流和电压即可，由于内阻较小，故一般采 用相对电源的电流表外接法；同时注意开关应控制整个电路；故实物图如图所示 (2)为了让电流由最小开始调节，故开始时滑动变阻器应调至最大，故应调至最右端； (3)根据 U E Ir 可知，图象与纵坐标的交点表示电源的电动势，故 E
4、2.94 V；图象的斜率表示内阻，故 r U I 2.94 2.100.5 1.68 . 答案： (1)如图所示 (2)右 (3)2.94 1.68 一、数据处理 1公式法：联立六组对应的 U、 I 数据，满足关系式 U1 E I1r、 U2 E I2r、 U3 EI3r、 ? ，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，取其平均值作为电池的电动势 E 和内阻 r. 2图象法：在坐标纸上以路端电压 U 为纵轴、干路电流 I 为横轴建立 UI 坐标系，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
5、些点作一条直线，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标值即是电池电动势的大小 (一次函数的纵轴截距 )，直线的斜率绝对值即为电池的内阻 r，即 r U I. 二、误差 分析 1偶然误差 【 精品教育资源文库 】 (1)由于读数不准和电表线性不良引起误差 (2)用图象法求 E 和 r 时，由于作图不准确造成误差 (3)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起 E、 r 变化 2系统误差：由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差 如图甲所示，在理论上 E U (IV IA)r，其中电压表示数 U 是准确的电源两端电压而实验中忽略了通过电压表的电流 IV而形成误差，而且电压
6、表示数越大， IV越大 结论： 当电压表示数为零时， IV 0， IA I 短 ，短路电流测量值真实值； E 测 E 真 ； 因为 r 测 E测I短，所以 r 测 r 真 从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势 (r 测 和 E 测 )，如图甲所示，因为电压表和电池并联，所以 r 测 小于电池内阻 r 真 ，因为外电阻 R 断开时， a、 b 两点间电压 Uab等于电动势 E 测 ，此时电源与电压表构成回路，所以 UabE 真 ，即 E 测 E 真 三、注意事项 1可选用旧电池：为了使电路的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使
7、用过一段时间的 1 号干电池 2电流不要过大，读数要快：干电池在大电流放电时，电动势 E 会明显 下降，内阻 r会明显增大因此，实验中不要将 I 调得过大，读电表要快，每次读完立即断电 3计算法求 E、 r：要测出不少于 6 组 I、 U 数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的 I、 U 数据中，第 1 和第 4 为一组、第 2 和第 5 为一组、第 3 和第 6 为一组，分别解出 E、 r 值再求平均值 4合理选择标度：为使图线分布空间大，如图所示，纵坐标可以不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，电源的内阻不能用 r EI短确定，应根据 r ? ? U 确定 【 精品教
8、育资源文库 】 (2018 黑龙江牡丹江模拟 )为了测量一节干电池的电动势和内阻，某同学采用了伏安法，现备有下列器材： A被测干电池一节 B电流表 1：量程 0 0.6 A，内阻 r 0.3 C电流表 2：量程 0 0.6 A，内阻约为 0.1 D电压表 1：量程 0 3 V，内阻未知 E电压表 2：量程 0 15 V，内阻未知 F滑动变阻器 1： 0 10 ， 2 A G滑动变阻器 2： 0 100 ， 1 A H开关、导线若干 伏安法测电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量 结果存在系统误差；在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻 (1)在上述器材中
9、请选择适当的器材： _(填写选项前的字母 )； (2)实验电路图应选择下图中的 _(填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ”) ； (3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的 UI 图象，则干电池的电动势E _V，内电阻 r _. 解析： (1)在上述器材中请选择适当的器材：被测干电池一节；电流表 B 的内阻是已知的，故选 B，电压表选择量程 0 3 V 的 D，滑动变阻器选择阻值较小的 F， 开关、导线若干，故选 ABDFH； (2)因电流表的内阻已知，故实验电路图应选择图甲； (3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的 UI 图象，则干电池的电动势 E 1.5 V，内电阻 r
10、 1.5 1.00.5 0.3 0.7 . 答案： (1)ABDFH (2)甲 (3)1.5 0.7 以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点 1实验方法、方案的拓展 安阻法 伏阻法 【 精品教育资源文库 】 实验电路 安阻法 伏阻法 实验原理 E I1(R1 r) E I2(R2 r) E I1I2 R1 R2I2 I1 r I1R1 I2R2I2 I1E U1 U1R1r E U2 U2R2r E U1U2 R1 R2U2R1 U1R2r R1R2 U1 U2U2R1 U1R2图象 2.粗测法：用一只电压表粗测电动势，
11、直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源 电动势，此时 U ERVRV r E，需满足 RV?r. (2018 鞍山模拟 )某研究性学习小组欲较准确地测量一电池组的电动势及其内阻，给定的器材如下： A电流表 G(满偏电流 10 mA，内阻 10 ) B电流表 A(0 0.6 A 3 A，内阻未知 ) C滑动变阻器 R0(0 100 ， 1 A) D定值电阻 R(阻值 990 ) E多用电表 F.开关与导线若干 (1)某同学首先用多用电表的直流 10 V 挡粗略测量电池组的电动势，电表指针如甲图所示，则该电表读数为 _V. (2)该同学再用提供的其他实验器材，设计了如下图乙所示的电路，请你
12、按照电路图在【 精品教育资源文库 】 图丙上完成实物连线 (3)图丁为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据描绘出的 I1I2 图线 (I1 为电流表 G的示数， I2为电流表 A的示数 )，则由图线可以得到被测电池组的电动势 E _V，内阻 r _. 解析： (1)量程为 10 V，则最小分度为 0.2，故读数为 7.2 V. (2)先将电流表及滑动变阻器串接在电源两端，再并联另一支路，电路中连线避免交叉 (3)电 流表 G 和定值电阻 R 组成了一个量程为 10 V 的电压表，由 U E Ir 可得，图象与纵轴的交点为电源的电动势，由图可知，电动势 E 7.5 V；图象的斜率大小表示电源的内阻，内阻 r 7 50.5 0.1 5.0 . 答案： (1)7.2 (2)如解析图所示 (3)7.5 5.0
