1、【创新方案】2014年高考物理一轮复习 实验九 测定电源的电动势和内阻(1)掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法；进一步理解闭合电路欧姆定律。(2)掌握用图象法求电动势和内阻的方法。 (1)实验依据：闭合电路欧姆定律。(2)实验电路：如图实91所示。(3)E和r的求解：由UEIr图实91得：解得：图实92(4)作图法数据处理，如图实92所示：图线与纵轴交点为电动势E。图线与横轴交点为短路电流I短。图线的斜率的大小表示内阻r|。电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔。(1)电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按图实91所示连接好电路。(2)把滑
2、动变阻器的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一端。(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)。用同样方法测量几组I、U值，填入表格中。第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A(4)断开开关，拆除电路，整理好器材。1公式法取上表六组对应的U、I数据，数据满足关系式U1EI1r、U2EI2r、U3EI3r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的大小。2描点法以路端电压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(U，I)值所对应的点，然后尽量多地通
3、过这些点作一条直线，使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即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率大小即为电池的内阻r，即r|。(1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选的大些(选用已使用过一段时间的干电池)。(2)在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得E和r明显变化。(3)测出不少于6组I和U的数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，类似于逐差法，要将测出的UI数据中，第1和第4组为一组，第2和第5组为一组，第3和第6组为一组，分别解出E、r值再求平均值。(4)在画UI图线时，
4、要使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线两侧，不要顾及个别离开直线较远的点，以减小偶然误差。(5)干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图实93甲所示的状况，使下部大面积空间得不到利用。为此，可使纵坐标不从零开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)，如图乙所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小。此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势。要在直线上任取两个相距较远的点，用r计算出电池的内阻r。图实931偶然误差(1)由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的误差
5、。(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。(1)本实验采用如图实91所示电路，由于电压表的分流IV，使电流表的示数I测小于电池的输出电流I真。因为I真I测IV，而IVU/RV，U越大，IV越大，U趋近于零时IV也趋近于零。所以此种情况下图线与横轴的交点为真实的短路电流，而图线与纵轴的交点为电动势的测量值，比真实值偏小。修正后的图线如图实94所示，显然E、r的测量值都比真实值偏小，r测r真、E测r真。图实95以上测量方法一般称为伏安法，测电源的电动势和内阻还有以下几种方法：1安阻法用一个电流表和电阻箱测量，电路如图实96甲所示
6、，测量原理为：EI1(R1r)，EI2(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。图实962伏阻法用一个电压表和电阻箱测量，电路如图实96乙所示，测量原理为：EU1r，EU2r，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电动势，此时UE，需满足RVr。4.双伏法用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图实97所示。测量方法为：断开S，测得V1、V2的示数分别为U1、U2，此时，EU1U2r，RV为V1的内阻；再闭合S，V1的示数为U1，此时EU1r，解方程组可求得E。图实97仪器选
7、择与误差分析例1用如图实98所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：图实98(a)电流表(量程0.6 A、3 A)；(b)电压表(量程3 V、15 V)；(c)定值电阻(阻值1 、额定功率5 W)；(d)定值电阻(阻值10 、额定功率10 W)；(e)滑动变阻器(阻值范围010 、额定电流2 A)；(f)滑动变阻器(阻值范围0100 、额定电流1 A)。那么：(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择_V，电流表的量程应选择_A；R0应选择_的定值电阻，R应选择阻
8、值范围是_的滑动变阻器。(2)引起该实验系统误差的主要原因是_。解析(1)由于一节干电池的电动势为1.5 V，故选量程为3 V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几欧左右，加上保护电阻，最大电流在0.5 A左右，所以选量程为0.6 A的电流表；由于电池内阻很小，保护电阻太大，会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大，故取阻值为1 的定值电阻；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，故取010 的滑动变阻器。(2)系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测E真，r测r真。答案(
9、1)30.61010(2)见解析电路设计与数据处理例2在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，现有下列器材：待测干电池一节；电流计G(满偏电流为2.5 mA，内阻为199 )；定值电阻R11.0 ；定值电阻R299.5 ；电阻箱R(099.9 )；开关S、导线若干。(1)请在下面所给方框内，画出实验电路图，其中定值电阻应选用_(选填“R1”或“R2”)；(2)某同学在实验中测出了电阻箱的电阻R和电流计G的示数Ig，记录数据见下表。请在下面坐标图中描点作出R图线。次数物理量123456R/ 1.62.12.23.24.25.6Ig/mA2.252.001.671.501.251.00/(mA)1
10、0.440.500.600.670.801.00图实99(3)根据图线可求得，被测电池的电动势E_V，内阻r_ 。解析电流计量程太小，应先与定值电阻R1并联，将量程扩大为IIg0.002 5 A0.497 5 A0.5 A，由闭合电路欧姆定律得EI(RrRA)(Ig)(RrRA)，整理可得()R()(rRA)，其中RA 0.995 ，结合图线可得E1.44 V(1.401.48 V均对)，r0.59 (0.400.78 均对)。答案(1)实验电路图如图甲所示R1(2)如图乙所示(3)1.44(1.401.48均可)0.59(0.400.78均可)同类实验的拓展与创新例3(2012重庆高考)某中
11、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。实验器材如图实910所示。图实910(1)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。(2)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，请在图实910中用笔画线代替导线连接电路。(3)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UI图象如图实911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
12、”或“不变”)，电源内阻_(填“增大”“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)图实911解析(1)根据欧姆定律，路端电压等于电动势减去内电压，即UEIr。(2)该实验要求路端电压测量准确，故电压表应直接接在电源的两端，滑动变阻器只需能改变路端电压的值即可，故采用限流式接法。(3)根据图象，电流为零时，路端电压等于电动势，四条图线对应值均相同，故电极间距减小时，电源电动势不变，四条图线中图线(d)短路电流最小，故内阻最大，即随电极间距减小，内阻增大；图线(c)对应电动势从图线中直接读出，为0.975 V，当电流为0.8 mA时，路端电压为0.592 V，由UEIr计算得r478 ；当外电路总电阻为2 500 ，则路端电压为U E0.819 V，输出功率P W0.268 mW。答案(1)UEIr(2)如图所示(3)不变增大0.9754780.268
