1、实验十测定电源的电动势和内阻【实验目的【实验目的】1.1.掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法方法;进一步理解闭合电路欧姆定律。进一步理解闭合电路欧姆定律。2.2.掌握用图象处理实验数据的方法。掌握用图象处理实验数据的方法。【实验原理【实验原理】1.1.实验依据实验依据:闭合电路欧姆定律。闭合电路欧姆定律。2.2.实验电路实验电路:如图所示如图所示3.E3.E和和r r的求解的求解:(1)(1)由由U=E-Ir,U=E-Ir,得得:,:,解得解得:1122UEI rUEI r1221122112I UI UEIIUUrII(2)(2)作图
2、法处理数据作图法处理数据:由由U=E-Ir,U=E-Ir,得得:图象与纵轴交点的纵坐标值为图象与纵轴交点的纵坐标值为E,E,图线斜图线斜率绝对值为率绝对值为r r。【实验器材【实验器材】电池电池(被测电源被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等。关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等。【实验过程【实验过程】1.1.连接电路连接电路:电流表用电流表用0.6A0.6A量程量程,电压表用电压表用3 V3 V量程量程,按按实验电路图连接好电路。实验电路图连接好电路。2.2.测量与记录测量与记录:(1)(1)把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端
3、。把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端。(2)(2)闭合开关闭合开关,调节变阻器调节变阻器,使电流表有明显示数并记录使电流表有明显示数并记录一组数据一组数据(I(I1 1,U,U1 1)。(3)(3)用同样方法测量出多组用同样方法测量出多组I I、U U值值,填入表格中。填入表格中。(4)(4)断开开关断开开关,拆除电路拆除电路,整理好器材。整理好器材。【数据处理【数据处理】设计表格设计表格,将测得的六组将测得的六组U U、I I值填入表格中。值填入表格中。第第1 1组组第第2 2组组第第3 3组组第第4 4组组第第5 5组组第第6 6组组U/VU/VI/AI/A方法一方法一:计算法。计算法。
4、(1)(1)联立六组对应的联立六组对应的U U、I I数据数据,数据满足关系式数据满足关系式U U1 1=E-=E-I I1 1r r、U U2 2=E-I=E-I2 2r r、U U3 3=E-I=E-I3 3r r(2)(2)让第让第1 1式和第式和第4 4式联立方程式联立方程,第第2 2式和第式和第5 5式联立方程式联立方程,第第3 3式和第式和第6 6式联立方程式联立方程,这样解得三组这样解得三组E E、r,r,取其平均取其平均值作为电池的电动势值作为电池的电动势E E和内阻和内阻r r的大小。的大小。方法二方法二:图象法。图象法。(1)(1)在坐标纸上以路端电压在坐标纸上以路端电压U
5、 U为纵轴、干路电流为纵轴、干路电流I I为横轴为横轴建立建立U-IU-I坐标系。坐标系。(2)(2)在坐标平面内描出各组在坐标平面内描出各组(I,U)(I,U)值所对应的点值所对应的点,然后尽然后尽量多地通过这些点作一条直线量多地通过这些点作一条直线,不在直线上的点大致均不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧。匀分布在直线两侧。(3)(3)直线与纵轴交点的纵坐标值即为电池电动势的大小直线与纵轴交点的纵坐标值即为电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距一次函数的纵轴截距),),直线斜率的绝对值即为电池的直线斜率的绝对值即为电池的内阻内阻r r的大小的大小,即即r=r=。UI【误差分析【误差分析】1.
6、1.偶然误差偶然误差:(1)(1)读数不准引起误差。读数不准引起误差。(2)(2)用图象法求用图象法求E E和和r r时时,由于作图不准确造成误差。由于作图不准确造成误差。2.2.系统误差系统误差:(1)(1)若采用甲图电路若采用甲图电路,由于电压表的分流作用造成误差由于电压表的分流作用造成误差,电压值越大电压值越大,电压表的分流越多电压表的分流越多,对应的对应的I I真真与与I I测测的差越的差越大。其大。其U-IU-I图象如乙图所示。图象如乙图所示。结论结论:E E测测EE真真。r r测测rr真真。(2)(2)若采用丙图电路若采用丙图电路,由于电流表的分压作用造成误差由于电流表的分压作用造
7、成误差,电流越大电流越大,电流表分压越多电流表分压越多,对应对应U U真真与与U U测测的差越大。其的差越大。其U-IU-I图象如丁图所示。图象如丁图所示。结论结论:E E测测=E=E真真。r r测测=r=r真真。【注意事项【注意事项】1.1.为了使电池的路端电压变化明显为了使电池的路端电压变化明显,应选内阻大些的电应选内阻大些的电池池(选用已使用过一段时间的干电池选用已使用过一段时间的干电池)。2.2.在实验中不要将在实验中不要将I I调得过大调得过大,每次读完每次读完U U和和I I的数据后的数据后应立即断开电源应立即断开电源,以免干电池在大电流放电时以免干电池在大电流放电时,E,E和和r
8、 r明明显变化。显变化。3.3.要测出不少于要测出不少于6 6组的组的(I(I、U)U)数据数据,且变化范围要大些。且变化范围要大些。4.4.画画U-IU-I图线时图线时,纵轴的刻度可以不从零开始纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据而是根据测得的数据从某一恰当值开始测得的数据从某一恰当值开始(横坐标横坐标I I必须从零开始必须从零开始),),但这时图线与横轴的交点不再是短路电流但这时图线与横轴的交点不再是短路电流,而图线与纵而图线与纵轴的交点仍为电源电动势轴的交点仍为电源电动势,图线斜率的绝对值仍为内阻。图线斜率的绝对值仍为内阻。热点一热点一实验原理实验原理的理解的理解【典例【典例1 1】(20
9、16(2016四川高考四川高考)用如图所用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材验器材:待测电源待测电源(电动势约电动势约3V,3V,内阻约内阻约2),2),保护电阻保护电阻R R1 1(阻值阻值10)10)和和R R2 2(阻值阻值5),5),滑动变阻器滑动变阻器R,R,电流表电流表A,A,电压表电压表V,V,开关开关S,S,导线若干。导线若干。实验主要步骤实验主要步骤:(1)(1)将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大,闭合开关。闭合开关。(2)(2)逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值,记下电
10、压表记下电压表的示数的示数U U和相应电流表的示数和相应电流表的示数I I。(3)(3)以以U U为纵坐标为纵坐标,I,I为横坐标为横坐标,作作U-IU-I图线图线(U(U、I I都用国际都用国际单位单位)。(4)(4)求出求出U-IU-I图线斜率的绝对值图线斜率的绝对值k k和在横轴上的截距和在横轴上的截距a a。回答下列问题回答下列问题:世纪金榜导学号世纪金榜导学号4272218942722189(1)(1)电压表最好选用电压表最好选用_;_;电流表最好选用电流表最好选用_。A.A.电压表电压表(0(03 V,3 V,内阻约内阻约15 k15 k)B.B.电压表电压表(0(03 V,3 V
11、,内阻约内阻约3 k3 k)C.C.电流表电流表(0(0200 mA200 mA,内阻约内阻约2)2)D.D.电流表电流表(0(030 mA30 mA,内阻约内阻约2)2)(2)(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示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数增大。两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是_。A.A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端接线柱两导线接在滑动变阻器电阻丝两端接线柱B.B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端接线柱两导线接在滑动变阻器金属杆两端接线柱C.C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱,
12、另一条另一条导线接在电阻丝左端接线柱导线接在电阻丝左端接线柱D.D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱,另一条另一条导线接在电阻丝右端接线柱导线接在电阻丝右端接线柱(3)(3)选用选用k k、a a、R R1 1和和R R2 2表示待测电源的电动势表示待测电源的电动势E E和内阻和内阻r r的表达式的表达式E=_,r=_,E=_,r=_,代入数值可得代入数值可得E E和和r r的测量值。的测量值。【解析【解析】(1)(1)本实验误差在于电压表的分流本实验误差在于电压表的分流,内阻越大内阻越大越好越好,故选故选A;A;电路中能达到的最大电流电路中能达到的
13、最大电流I=I=180 mA180 mA,电流表最好选电流表最好选C C。12ERRr3 A1052(2)(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示数发现电压表示数增大增大,说明外电路的电阻变大说明外电路的电阻变大,滑动变阻器的电阻变大滑动变阻器的电阻变大,则两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是一条导线接则两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是一条导线接在滑动变阻器金属杆左端或右端接线柱在滑动变阻器金属杆左端或右端接线柱,另一条导线接另一条导线接在电阻丝左端接线柱在电阻丝左端接线柱,选选C C。(3)(3)在在U-IU-I图象中纵截距等于电源的电动势图象中纵截距等于
14、电源的电动势,则则E=ka;E=ka;斜斜率等于内阻与率等于内阻与R R2 2的和的和,故故r=k-Rr=k-R2 2。答案答案:(1)A(1)AC C(2)C(2)C(3)ka(3)kak-Rk-R2 2【强化训练【强化训练】(2015(2015天津高考天津高考)用电流表和电压表测定由三节干电用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组池串联组成的电池组(电动势约电动势约4.5V,4.5V,内电阻约内电阻约1)1)的的电动势和内电阻电动势和内电阻,除待测电池组、电键、导线外除待测电池组、电键、导线外,还有还有下列器材供选用下列器材供选用:A.A.电流表电流表:量程量程0.6 A,0.6
15、A,内电阻约内电阻约11B.B.电流表电流表:量程量程3 A,3 A,内电阻约内电阻约0.20.2C.C.电压表电压表:量程量程3 V,3 V,内电阻约内电阻约30 k30 kD.D.电压表电压表:量程量程6 V,6 V,内电阻约内电阻约60 k60 kE.E.滑动变阻器滑动变阻器:0:01 000,1 000,额定电流额定电流0.5 A0.5 AF.F.滑动变阻器滑动变阻器:0:020,20,额定电流额定电流2 A2 A(1)(1)为了使测量结果尽量准确为了使测量结果尽量准确,电流表应选用电流表应选用_,_,电压表应选用电压表应选用_,_,滑动变阻器应选用滑动变阻器应选用_(_(均填仪均填仪
16、器的字母代号器的字母代号)。(2)(2)如图为正确选择仪器后如图为正确选择仪器后,连好的部分电路。为了使连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将还需在电路中用导线将_和和_相连、相连、_和和_相连、相连、_和和_相连相连(均填仪器上接线柱的字母代均填仪器上接线柱的字母代号号)。(3)(3)实验时发现电流表坏了实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表于是不再使用电流表,剩剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连接电重新连接电路路,仍能完成实验仍能完成实验,实验中读出几组电阻箱的阻值实验中读出几组电阻箱的阻值R R和和对应电
17、压表的示数对应电压表的示数U U。用图象法处理采集到的数据。用图象法处理采集到的数据,为为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线,则可以则可以_为纵坐标为纵坐标,以以_为横坐标。为横坐标。【解析【解析】(1)(1)为了使测量结果准确为了使测量结果准确,电流表应选用小量电流表应选用小量程的程的,故电流表应选用故电流表应选用A;A;电池组的电动势约为电池组的电动势约为4.5V,4.5V,故故电压表应选量程电压表应选量程6 V,6 V,即选即选D;D;滑动变阻器滑动变阻器E E的最大阻值太的最大阻值太大大,故应选故应选F F。(2)(2)电压表负接线柱已画好电压
18、表负接线柱已画好,正接线柱应接电源正极正接线柱应接电源正极,故故用导线将用导线将a a和和d d相连、相连、c c和和g g相连、相连、f f和和h h相连。相连。(3)(3)根据闭合电路欧姆定律有根据闭合电路欧姆定律有I=,I=,根据部分电路欧根据部分电路欧姆定律有姆定律有U=IR,U=IR,解得解得U=,U=,经整理可得经整理可得 可以可以 为纵坐标为纵坐标,以以 为横坐标为横坐标,则在直角坐标系中得则在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线。到的函数图象是一条直线。答案答案:(1)A(1)AD DF F(2)a(2)ad dc cg gf fh h(3)(3)(或或U U 或或 R)R)E
19、RrERRr11r 1UEE R。1U1R1U1RURRU【反思归纳【反思归纳】测量电源电动势和内阻的其他方法测量电源电动势和内阻的其他方法(1)(1)安阻法安阻法:用一个电流表和电阻箱测量用一个电流表和电阻箱测量,测量原理测量原理:E=IE=I1 1(R(R1 1+r),E=I+r),E=I2 2(R(R2 2+r)+r)。(2)(2)伏阻法伏阻法:用一个电压表和电阻箱测量用一个电压表和电阻箱测量,E=U,E=U1 1+r+r、E=UE=U2 2+r+r。11UR22UR(3)(3)粗测法粗测法:即用一个电压表粗测电动势。即用一个电压表粗测电动势。(4)(4)其他方法其他方法:从原则上说只要
20、能建立可测量与待求量从原则上说只要能建立可测量与待求量E E、r r之间的关系式之间的关系式,并使关系式的有效个数等于未知并使关系式的有效个数等于未知量的个数量的个数,就可以根据可测量计算电源的电动势和内就可以根据可测量计算电源的电动势和内阻。阻。热点二实验数据的处理热点二实验数据的处理【典例【典例2 2】(2015(2015江苏高考江苏高考)小明利用如图所示的实验小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。世纪金榜导学装置测量一干电池的电动势和内阻。世纪金榜导学号号4272219042722190(1)(1)图中电流表的示数为图中电流表的示数为_A_A。(2)(2)调节滑动变阻器调
21、节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下电压表和电流表的示数记录如下:U/VU/V1.451.451.361.361.271.271.161.161.061.06I/AI/A0.120.120.200.200.280.280.360.360.440.44请根据表中的数据请根据表中的数据,在方格纸上作出在方格纸上作出U-IU-I图线。图线。由图线求得由图线求得:电动势电动势E=_V;E=_V;内阻内阻r=_r=_。(3)(3)实验时实验时,小明进行了多次测量小明进行了多次测量,花费了较长时间花费了较长时间,测测量期间一直保持电路闭合。其实量期间一直保持电路闭合。其实,从实验误差考虑从实验误差考
22、虑,这这样的操作不妥样的操作不妥,因为因为_。【解题指导【解题指导】1.1.命题立意命题立意:考查测量电源的电动势和内阻的实验考查测量电源的电动势和内阻的实验数据处理方法及数据处理方法及误差分析。误差分析。2.2.解题关键解题关键:(1)(1)电流表读数时电流表读数时,应首先明确电流表使用的量程应首先明确电流表使用的量程,并进并进一步明确表盘的最小分度。一步明确表盘的最小分度。(2)(2)电源的电源的U-IU-I图象中图象中,纵截距为电动势纵截距为电动势,斜率的绝对值斜率的绝对值为内阻。为内阻。【解析【解析】(1)(1)电流表使用的量程为电流表使用的量程为0 00.6 A,0.6 A,所以电流
23、所以电流表读数为表读数为0.44 A0.44 A。(2)(2)描点连线得到描点连线得到U-IU-I图象图象,如图所示如图所示根据根据E=U+IrE=U+Ir,图象中纵截距为电动势图象中纵截距为电动势,所以所以E=1.60 V E=1.60 V(1.58(1.581.621.62都算对都算对),),斜率为内阻斜率为内阻,所以所以r=1.2 r=1.2(1.18(1.181.261.26都算对都算对)。(3)(3)干电池长时间使用后干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大。导致实验误差增大。答案答案:(1)0.44(1)0.44(2)U-I(2)U-I图象
24、见解析图象见解析1.60(1.581.60(1.581.621.62都算对都算对)1.2(1.181.2(1.181.261.26都算对都算对)(3)(3)干电池长时间使用后干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化电动势和内阻会发生变化,导导致实验误差增大致实验误差增大【强化训练【强化训练】1.1.利用如图甲所示电路利用如图甲所示电路,可以测量电可以测量电源的电动势和内阻源的电动势和内阻,所用的所用的实验器材实验器材有有:待测电源待测电源,电阻箱电阻箱R(R(最大阻值最大阻值999.9),999.9),电阻电阻R R0 0(阻值为阻值为3.0),3.0),电阻电阻R R1 1(阻值为阻值为3
25、.0),3.0),电流表电流表 (量程为量程为200 mA200 mA,内阻为内阻为R RA A=6.0),=6.0),开关开关S S。实验步骤如下实验步骤如下:将电阻箱阻值调到最大将电阻箱阻值调到最大,闭合开关闭合开关S;S;多次调节电阻箱多次调节电阻箱,记下电流表的示数记下电流表的示数I I和电阻箱相应和电阻箱相应的阻值的阻值R;R;以以 为纵坐标为纵坐标,R,R为横坐标为横坐标,作作 -R-R图线图线(用直线拟合用直线拟合););求出直线的斜率求出直线的斜率k k和在纵轴上的截距和在纵轴上的截距b b。1I1I回答下列问题回答下列问题:(1)(1)分别用分别用E E和和r r表示电源的电
26、动势和内阻表示电源的电动势和内阻,则则 与与R R的关的关系式为系式为_。(2)(2)实验得到的部分数据如下表所示实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻其中电阻R=3.0R=3.0时电流表的示数如图乙所示时电流表的示数如图乙所示,读出数据读出数据,完成下表。完成下表。答答:_,_,_。1IR/R/1.01.02.02.03.03.04.04.05.05.06.06.07.07.0I/AI/A0.1430.1430.1250.1250.1000.1000.0910.0910.0840.0840.0770.077I I-1-1/A/A-1-16.996.998.008.0010.010.011.0
27、11.011.911.913.013.0(3)(3)在图丙的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图在图丙的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,根据图线求得斜率根据图线求得斜率k=_Ak=_A-1-1-1-1,截距截距b=_Ab=_A-1-1。(4)(4)根据图线求得电源电动势根据图线求得电源电动势E=_V,E=_V,内阻内阻r=_r=_。【解析【解析】本题考查了测量电源电动势和内电阻。本题考查了测量电源电动势和内电阻。(1)(1)电电流表电阻是流表电阻是R R1 1的的2 2倍倍,所以干路电流为所以干路电流为3I,3I,根据闭合电根据闭合电路欧姆定律路欧姆定律E=3I(r+RE=3I(r+R0 0
28、+R)+IR+R)+IRA A,代入数据代入数据,化简得化简得(2)(2)电流表每小格表示电流表每小格表示2 mA2 mA,因此电流表读数是因此电流表读数是0.110 A,0.110 A,倒数是倒数是9.09 A9.09 A-1-1。133r15RIEE。(3)(3)根据坐标纸上给出的点根据坐标纸上给出的点,画出一条直线画出一条直线,得出斜率得出斜率k=1.0Ak=1.0A-1-1-1-1,截距截距b=6.0Ab=6.0A-1-1。(4)(4)斜率斜率k=,k=,因此因此E=3.0V,E=3.0V,截距截距b=,r=b=,r=-5=1.0 -5=1.0。答案答案:(1)(1)(2)0.110(
29、2)0.1109.099.09(3)1.0(3)1.0(或在或在0.960.961.041.04之间之间)6.0(6.0(或在或在5.95.96.16.1之之间间)(4)3.0(4)3.0(或在或在2.72.73.33.3之间之间)1.0(1.0(或在或在0.60.61.41.4之间之间)3E3k3r15EbE3133r15RIEE2.(20152.(2015安徽高考安徽高考)某同学为了测量一节电池的电动某同学为了测量一节电池的电动势和内阻势和内阻,从实验室找到以下器材从实验室找到以下器材:一个满偏电流为一个满偏电流为100A,100A,内阻为内阻为2 5002 500的表头的表头,一个开关一
30、个开关,两个电阻箱两个电阻箱(0(0999.9)999.9)和若干导线。和若干导线。(1)(1)由于表头量程偏小由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量该同学首先需将表头改装成量程为程为50mA50mA的电流表的电流表,则应将表头与电阻箱则应将表头与电阻箱_(选填选填“串联串联”或或“并联并联”),),并将该电阻箱阻值调为并将该电阻箱阻值调为_。(2)(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量进行测量,实验电路如图甲所示实验电路如图甲所示,通过改变电阻通过改变电阻R R测相应测相应的电流的电流I,I,且作相关计算后一并记录如下表。
31、且作相关计算后一并记录如下表。1 12 23 34 45 56 6R/R/95.095.075.075.055.055.045.045.035.035.025.025.0I/mAI/mA15.015.018.718.724.824.829.529.536.036.048.048.0IR/VIR/V1.421.421.401.401.361.361.331.331.261.261.201.20根据表中数据根据表中数据,图乙中已描绘出四个点图乙中已描绘出四个点,请将第请将第5 5、6 6两组数据也描绘在图乙中两组数据也描绘在图乙中,并画并画IR-IIR-I图线。图线。根据图线可得电池的电动势根据图
32、线可得电池的电动势E E是是_V,_V,内阻内阻r r是是_。【解析【解析】(1)(1)电流表扩大量程的原理是并联分流电流表扩大量程的原理是并联分流,所以所以表头应与电阻箱并联表头应与电阻箱并联,则则I Ig gR Rg g=(I-I=(I-Ig g)R)R,所以所以R=R=25002500=5.0=5.0。(2)(2)描点连线如图所示描点连线如图所示,由由E=IR+IrE=IR+Ir可知本实验的原理公可知本实验的原理公式为式为IR=-Ir+EIR=-Ir+E,所以直线与纵轴的截距为电动势所以直线与纵轴的截距为电动势,大小大小为为1.53 V,1.53 V,斜率大小为电源内阻斜率大小为电源内阻
33、,大小为大小为6.76.7。gggIRII4241 105 101 10 答案答案:(1)(1)并联并联5.05.0(2)(2)见解析图见解析图1.531.536.76.7【反思归纳【反思归纳】图象法分析电源的电动势和内阻图象法分析电源的电动势和内阻(1)(1)首先明确纵、横坐标首先明确纵、横坐标,并推导出纵横坐标所对应的并推导出纵横坐标所对应的物理量之间的关系式物理量之间的关系式,若为一次函数关系若为一次函数关系,则整理为斜则整理为斜截式的形式。截式的形式。(2)(2)若为一次函数关系若为一次函数关系,明确图线截距、斜率的含义明确图线截距、斜率的含义,并并利用截距、斜率确定相应的物理量的大小
34、。利用截距、斜率确定相应的物理量的大小。(3)(3)若为其他函数关系若为其他函数关系,利用图线上特殊点的坐标值分利用图线上特殊点的坐标值分析。析。热点三实验拓展与创新热点三实验拓展与创新【典例【典例3 3】如图甲是某研究小组设计的一个实验电路如图甲是某研究小组设计的一个实验电路,R,R为阻值可调节的电阻箱为阻值可调节的电阻箱,R,R0 0为定值电阻为定值电阻,K,K为单刀双掷开为单刀双掷开关关,电流表量程适当、内阻忽略不计电流表量程适当、内阻忽略不计,用该实验电路测用该实验电路测量直流电源的电动势量直流电源的电动势E E和内阻和内阻r r。世纪金榜导学号。世纪金榜导学号427221914272
35、2191(1)(1)读出图乙中电阻箱的阻值读出图乙中电阻箱的阻值R=_R=_。(2)(2)根据图甲实验电路根据图甲实验电路,用笔画线代替导线将图乙仪器用笔画线代替导线将图乙仪器连接好。连接好。(3)(3)将单刀双掷开关将单刀双掷开关K K分别拨到左侧分别拨到左侧a a、竖起空置两种状、竖起空置两种状态下并保持电阻箱阻值态下并保持电阻箱阻值(已知已知)不变不变,闭合开关闭合开关K K1 1时电流时电流表的读数分别为表的读数分别为I Ia a、I I0 0,则直流电源的电动势则直流电源的电动势E=_E=_(_(用符号表示用符号表示)。【解析【解析】(1)(1)图乙中电阻箱的阻值图乙中电阻箱的阻值R
36、=1R=1100+1100+110=11010=110。(2)(2)根据电路图连接实物图根据电路图连接实物图:(3)(3)将单刀双掷开关打到将单刀双掷开关打到a,a,闭合开关闭合开关K K1 1时电流表的读数时电流表的读数为为I Ia a,根据闭合电路欧姆定律得根据闭合电路欧姆定律得:I:Ia a(+r)=E,(+r)=E,将单将单刀双掷开关刀双掷开关K K打到空置位置打到空置位置,闭合开关闭合开关K K1 1时电流表读数时电流表读数为为I I0 0,根据闭合电路欧姆定律得根据闭合电路欧姆定律得I I0 0R+IR+I0 0r=Er=E。联立解得。联立解得E=E=答案答案:(1)110(1)1
37、10(2)(2)见解析见解析(3)(3)00RRRR2a 0a00I I RII(RR)2a 0a00I I RII(RR)【强化训练【强化训练】1.1.硅光电池是一种可将光能转化为电能的元件。某同硅光电池是一种可将光能转化为电能的元件。某同学利用图甲所示电路探究某硅光电池的路端电压学利用图甲所示电路探究某硅光电池的路端电压U U与电与电流流I I的关系。图中定值电阻的关系。图中定值电阻R R0 0=2,=2,电压表、电流表均电压表、电流表均可视为理想电表。可视为理想电表。(1)(1)用笔画线代替导线用笔画线代替导线,根据电路图根据电路图,将图乙中的实物电将图乙中的实物电路补充完整。路补充完整
38、。(2)(2)实验一实验一:用一定强度的光照射硅光电池用一定强度的光照射硅光电池,闭合开关闭合开关S,S,调节可调电阻调节可调电阻R R的阻值的阻值,通过测量得到该电池的通过测量得到该电池的U-IU-I曲线曲线a(a(见图丙见图丙)。则由图象可知。则由图象可知,当电流小于当电流小于200mA200mA时时,该硅光该硅光电池的电动势为电池的电动势为_V,_V,内阻为内阻为_。(3)(3)实验二实验二:减小光照强度减小光照强度,重复实验重复实验,通过测量得到该通过测量得到该电池的电池的U-IU-I曲线曲线b(b(见图丙见图丙)。当可调电阻。当可调电阻R R的阻值调到某的阻值调到某值时值时,若该电路
39、的路端电压为若该电路的路端电压为1.5V,1.5V,由曲线由曲线b b可知可知,此时此时可调电阻可调电阻R R的电功率约为的电功率约为_W(_W(结果保留两位有结果保留两位有效数字效数字)。【解析【解析】(1)(1)分析图甲所示分析图甲所示实验原理图实验原理图,根据原理图连根据原理图连接实物电路图接实物电路图,如图所示。如图所示。(2)(2)在硅光电池的在硅光电池的U-IU-I图象中图象中,当当I=0I=0时时,U=E,U=E,图线斜率的图线斜率的绝对值表示内阻。由图线绝对值表示内阻。由图线a a可知可知E=2.9V,E=2.9V,在电流小于在电流小于200mA200mA的情况下的情况下,此电
40、池的内阻此电池的内阻r=4.0r=4.0。(3)(3)由图线由图线b b可知可知,在实验二中当路端电压为在实验二中当路端电压为1.5V1.5V时时,电电路电流路电流I=60mA=0.06 A,I=60mA=0.06 A,由欧姆定律可知由欧姆定律可知,此时外电阻此时外电阻R R外外=25,=25,可调电阻阻值可调电阻阻值R=RR=R外外-R-R0 0=25-=25-2=23,2=23,可调电阻消耗的电功率可调电阻消耗的电功率P=IP=I2 2R=(0.06A)R=(0.06A)2 2 23=0.083 W23=0.083 W。答案答案:(1)(1)实物连接图见解析实物连接图见解析(2)2.9(2
41、)2.94.04.0(3)0.083(3)0.083U1.5 VI0.06 A外2.2.利用如图所示的电路可以较为准利用如图所示的电路可以较为准确地测量未知电源的电动势。图中确地测量未知电源的电动势。图中E Ex x为待测电源为待测电源,E,ES S为标准电源为标准电源(电动电动势势E ES S已准确测出已准确测出),E),E为工作电源为工作电源,为为电路提供电流。电路提供电流。G G为零刻度在中央的灵敏电流计为零刻度在中央的灵敏电流计,AB,AB为为一根粗细均匀的电阻丝一根粗细均匀的电阻丝,C,C、D D为为ABAB上的两个活动接触点上的两个活动接触点,可以在电阻丝上移动可以在电阻丝上移动,
42、与电阻丝与电阻丝ABAB平行放置的还有一把平行放置的还有一把刻度尺刻度尺,可以测出可以测出C C、D D之间的长度。实验步骤如下之间的长度。实验步骤如下:(1)(1)按图连接好电路按图连接好电路,让让K K1 1处于断开状态处于断开状态,K,K2 2处于两个触处于两个触点都不接的状态。点都不接的状态。(2)(2)先闭合先闭合K K1 1,调整调整R RP P至合适位置。至合适位置。(3)(3)将将K K2 2掷于掷于1 1位置位置,调整调整C C、D D触头使电流计指针指向零触头使电流计指针指向零刻度刻度,记下记下_。(4)(4)将将K K2 2掷于掷于2 2位置位置,重新调整重新调整C C、
43、D D位置位置,使使_,_,并记下并记下_。(5)(5)断开断开K K1 1,计算待测电源的电动势的表达式为计算待测电源的电动势的表达式为E Ex x=_。【解析【解析】(3)(3)由题意知应记下由题意知应记下C C、D D间的长度间的长度L L1 1。(4)(4)使电流计指针指向零刻度使电流计指针指向零刻度,并记下此时并记下此时C C、D D间的长间的长度度L L2 2。(5)(5)根据电阻定律根据电阻定律R=,R=,由电路特点可得由电路特点可得I=,I=,联立可得联立可得 ,E,Ex x=E=ES S。答案答案:(3)C(3)C、D D间的长度间的长度L L1 1(4)(4)电流计指针指向零刻度电流计指针指向零刻度C C、D D间的长度间的长度L L2 2(5)E(5)ES SLSSx12EERRSx12EELL21LL21LL
