7_学生实验：测量电源的电动势和内阻

实验3：测量电源的电动势和内阻一、“伏安法”测E 和r 1．实验步骤(1)电流表用0～0.6A 量程，电压表用0～3V 量程，按实验原理图连接好电路． (2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最大．(3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I 1，U 1)．用同样的方法测量几组I 、U 值．(4)断开开关，整理好器材．(5)处理数据，用公式法或作图法求出电池的电动势和内阻． 2．实验数据的处理(1)求平均值法：由E ＝U 1＋I 1r ，E ＝U 2＋I 2r 可解得 E ＝I 1U 2－I 2U 1I 1－I 2，r ＝U 2－U 1I 1－I 2.可以利用U 、I 的值多求几组E 、r 的值，算出它们的平均值．(2)作U －I 图像作出电源的U －I 图像如图1所示图1图线纵轴截距表示电动势E ，图线的斜率表示电池的内阻r ，即r ＝⎪⎪⎪⎪ΔU ΔI ＝E I 短. 3．注意事项(1)为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表． (2)实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r 发生明显变化．图2(3)当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始．如图2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，内阻要在直线上取较远的两点用r ＝|ΔUΔI |求出．二、“安阻法”测E 和r 1．实验原理由E ＝IR ＋Ir 可知，只要能得到I 、R 的两组数据，列出关于E 、r 的两个方程，就能解出E 、r . 2．实验器材电源、开关、变阻箱、电流表，电路图如图3所示．图33．数据处理 (1)公式法由E ＝I 1(R 1＋r )和E ＝I 2(R 2＋r )可解出E 和r . (2)图像法由E ＝I (R ＋r )得： R ＝E ·1I－r .由此作出R －1I 图像，由斜率和截距可求出E 和r .三、“伏阻法”测E 和r 1．实验原理由E ＝U ＋UR r 知，如果能得到U 、R 的两组数据，列出关于E 、r 的两个方程，就能解出E 、r .2．实验器材电源、开关、变阻箱、电压表，电路图如图4所示．图4 3．数据处理 (1)公式法：由E ＝U 1＋U 1R 1r 和E ＝U 2＋U 2R 2r 解方程组可求得E 和r(2)图像法：由E ＝U ＋U R r 得：1U ＝1E ＋r E ·1R.作出1U －1R图线，由图像的斜率和截距可求得E 和r .一、伏安法测E 、r 的仪器选择与数据处理例1 在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中． (1)备有如下器材 A ．干电池1节 B ．滑动变阻器(0～20Ω) C ．滑动变阻器(0～1kΩ) D ．电压表(0～3V) E ．电流表(0～0.6A) F ．电流表(0～3A) G ．开关、导线若干其中滑动变阻器应选__________，电流表应选__________．(只填器材前的序号) (2)为了最大限度的减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图．(3)某同学根据实验数据画出的U －I 图像如图5所示，由图像可得电池的电动势为____________V ，内电阻为____________Ω.图5针对训练 用电流表和电压表测定电池的电动势E 和内阻r ，所用电路如图6(a)所示，一位同学测得的六组数据如下表所示.(1)图6(2)根据图线求出电池的电动势E ＝________V ，电池的内阻r ＝________Ω. 二、安阻法(或伏阻法)测E 、r 的实验原理与数据处理例2 某研究性学习小组利用如图7甲所示电路测量电池组的电动势E 和内阻r .根据实验数据绘出如图乙所示的R －1I 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 ＝________，r ＝________.图7图81、某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内电阻，使用的器材还包括定值电阻(R 0＝5Ω)一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图8所示．(1)在图9的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接．图8图9(2)图10请完成下列主要实验步骤：①检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图10所示，读得电阻值是________；②将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49V；③将开关S2____________，电压表的示数是1.16V；断开开关S1.(3)使用测得的数据，计算出干电池的内阻是________(计算结果保留两位有效数字)．课下作业：1.如图1所示，是根据某次测定电池的电动势和内阻的实验记录的数据作出的U－I图像，下列关于这个图像的说法中正确的是()图1A ．纵轴截距表示待测电池的电动势，即E ＝3.0VB ．横轴截距表示短路电流，即I 0＝0.6AC ．根据r ＝EI 0，计算出待测电池内阻为5ΩD ．根据r ＝|ΔUΔI|，计算出待测电池内阻为1Ω2．用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，下列说法中正确的是( ) 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3．如图2所示是甲、乙、丙三位同学设计的测量电源电动势和内电阻的电路．电路中R 1、R 2为已知阻值的电阻．下列说法中正确的是( )图2A ．只有甲同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻B ．只有乙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻C ．只有丙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻D ．三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻4．在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路．图3(1)按图3甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来．(2)在图乙的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于________端(选填“A”或“B”)．(3)如图4所示是根据实验数据作出的U－I图像，由图可知，电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.图45．某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材：A．被测干电池一节B．电流表：量程0～0.6A，内阻0.1ΩC．电流表：量程0～3A，内阻0.024ΩD．电压表：量程0～3V，内阻未知E．电压表：量程0～15V，内阻未知F．滑动变阻器：0～10Ω，2AG．滑动变阻器：0～100Ω，1AH．开关、导线若干在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)在上述器材中请选择适当的器材：________(填写选项前的字母)；(2)在图5(a)方框中画出相应的实验电路图；图5(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图(b)所示的U－I图像，则在修正了实验系统误差后，干电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.6．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2.5Ω的保护电阻R0，实验电路如图6甲所示．(1)按图甲电路原理图将图乙实物连接起来；图6(2)该同学按上述电路原理图正确连接好实验电路，合上开关S后，当滑动变阻器的滑动触头P由A端向B端逐渐滑动时，发现电流表的示数逐渐增大，而电压表的示数几乎不变，直到当滑动触头P滑至邻近B端时，电压表的示数急剧变化，出现上述情况的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3)该同学顺利完成实验，测出的数据如下表所示．请你根据这些数据帮他在图7中画出U－I图像，并由图得出电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω；图77．现有一特殊电池，它的电动势E约为9V，内阻r约为40Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50mA.为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图8甲所示的电路进行实验，图中电流表的内阻R A已经测出，阻值为5Ω，R为电阻箱，阻值范围为0～999.9Ω，R0为定值电阻，对电路起保护作用．图8(1)实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格，本实验选用哪一种规格的定值电阻最合适() A．10ΩB．50ΩC．150ΩD．500Ω(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线，则根据该同学作出的图线可求得该电池的电动势E＝______V，内阻r＝______Ω.实验4：练习使用多用电表一、欧姆表1．欧姆表内部构造：表头、电源和可变电阻三部分组成．2．欧姆表原理：依据闭合电路的欧姆定律制成，由电流表改装而成．3．欧姆表测量原理：如图1所示，当红、黑表笔间接入被测电阻R x两端时，根据闭合电路的欧姆定律，通过表头的电流I＝Er＋R g＋R0＋R x.改变R x，电流I随着改变，每个R x值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的R x值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻R x的阻值．图14．欧姆表内阻：将红、黑表笔短接，调节滑动变阻器使电流表达到满偏电流I g，I g＝Er＋R g＋R0，故欧姆表内电阻R内＝EI g＝r＋R g＋R0.说明：(1)当红、黑表笔断开时，电流表中电流为零，此时表笔间电阻无穷大，所以在表盘上电流零处标电阻“∞”；当红、黑表笔短接时，调节欧姆调零电阻，使电流表指针满偏，此时表笔间电阻为零，所以在电流满偏处标电阻“0”．(2)I与R x不成比例，欧姆表的刻度不均匀．(填“均匀”或“不均匀”)(3)中值电阻：当外加电阻R x＝r＋R g＋R0时，电流为I＝ER x＋R0＋R g＋r＝12I g，此时电流表指针指在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻．二、多用电表1．多用电表外形构造如图4所示，表的上半部分为表盘，下半部分是选择开关，开关周围标有测量功能区域及量程．使用前应该调整“指针定位螺丝”，使其指针指到零刻度．图42．电流表的改装原理：由同一表头并联(“串联”或“并联”)不同电阻改装而成的量程不同的电流表．3．电压表的改装原理：由同一表头串联(“串联”或“并联”)不同电阻改装而成的量程不同的电压表．4．欧姆表的改装原理：将对应R x 的电流刻度值改为电阻值即为欧姆表．5．电流进、出电表的流向：(1)电流挡串联接入电路，电流从红表笔流进电表，从黑表笔流出，即“红进、黑出”．(2)电压挡并联接入电路，红表笔接高电势点，黑表笔接低电势点，电流仍然是“红进、黑出”；(3)使用欧姆挡时，红表笔连接表内电源的负极，黑表笔连接表内电源的正极．电流仍然是“红进、黑出”．三、使用多用电表的注意事项1．电流都是从红表笔流入，从黑表笔流出．2．电压、电流的读数要看清选择开关所选择的量程，搞清楚每一小格表示多少，及应读到的有效数字位数．3．测电阻时注意：(1)测电阻必须把待测电阻隔离．(2)两个调零过程，切记换挡需进行欧姆调零．(3)读数时应乘以相应的倍率．(4)合理选择量程，使指针尽可能指在中值附近．(5)欧姆表的表盘刻度不均，一般不估读．(6)电池用旧后，内电阻会变大，要及时换电池．4．实验完毕，将表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF ”挡或旋至交流电压的最大量程处．若长期不用，应将多用电表内的电池取出．一、欧姆表测电阻的原理例1 若某欧姆表表头的满偏电流为5mA ，内装一节干电池，电动势为1.5V ，那么该欧姆表的内阻为________Ω，待测电阻接入红、黑两表笔之间时，指针指在刻度盘的中央，则待测电阻的阻值为________Ω，若指针指在满刻度的34处，则待测电阻的阻值为________Ω. 二、多用电表的使用和读数例2 为确定某电子元件的电气特性，做如下测量．(1)用多用电表测量该元件的电阻，选用“×100”倍率的电阻挡测量，发现多用表指针偏转过大，因此需选择________倍率的电阻挡(填“×10”或“×1k ”)，并________再进行测量，多用电表的示数如图5所示，测量结果为________Ω.图5(2)将待测元件(额定电压9V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用电表、开关及若干导线连接成电路如图6所示．添加连线，使电路能测量该元件完整的伏安特性．图6本实验中使用多用电表测电压，多用电表的选择开关应调到______________挡(填“直流电压10V”或“直流电压50V”)．三、多用电表的读数例3如图7所示为多用电表的刻度盘．若选用倍率为“×100”的电阻挡测电阻时，表针指示如图所示，则：图7(1)所测电阻的阻值为________Ω；如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104Ω的电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡是________(填“×10”“×100”或“×1k”)．(2)用此多用电表进行测量，当选用量程为50mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________mA；当选用量程为250mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________mA.(3)当选用量程为10V的电压挡测量电压时，表针也指于图示位置，则所测电压为________V.如图8所示为多用电表的示意图，试回答下列问题：图8(1)当选择开关位置旋至“mA”挡中的“×10”挡位时，则测量的是_______________．(2)当选择开关位置旋至“V”挡中的“×50”挡位时，则测量的是_______________．(3)当选择开关位置旋至“Ω”挡中的“×100”挡位时，则测量的电阻大小等于读数__________________．(4)当选择开关位置旋至“Ω”挡中的“×100”挡位时，正确操作后发现指针的偏转角很小，那么正确的操作步骤依次是：①______________，②______________，③________________.(5)无论用多用电表进行何种(直流)操作测量，电流都应该是从__________表笔经____________插孔流入电表．课下练习：1．以下是欧姆表原理的电路示意图，正确的是()2．如图1所示为简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流I g＝300μA，内阻R g＝100Ω，可变电阻R的最大阻值为10kΩ，电源的电动势E＝1.5V，内阻r＝0.5Ω，图中与接线柱A相连的表笔颜色应是________色，按正确使用方法测量电阻R x的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则R x ＝________kΩ.图13．如图2所示为一多用电表表盘．图2(1)如果用直流10V挡测量电压，则读数为______V.(2)如果用直流100mA挡测量电流，则读数为________mA.(3)如果用×100挡测电阻，则读数为________Ω.4．如图3所示为多用电表的表盘，测电阻时，若用的是“×100”挡，这时指针所示被测电阻的阻值应为________Ω；测直流电流时，用的是100mA的量程，指针所示电流值为________mA；测直流电压时，用的是50V量程，则指针所示的电压值为________V.图35．在使用多用电表测电阻时，以下说法正确的是()A．使用前检查指针是否指在电阻挡的“∞”处B．每换一次挡位，都必须重新进行欧姆调零C．在外电路中，电流从黑表笔流经被测电阻到红表笔D．测量时，若指针偏角较小，应换倍率较小的挡位来测量6．一学生使用多用电表测电阻，他在实验中有违反使用规则的地方．他的主要实验步骤如下：A．把选择开关置于“×1”的欧姆挡；B．把表笔插入插孔中，先把两表笔相接触，旋转调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零刻线上；C．把两表笔分别与某一待测电阻的两端相连，发现这时指针偏转角度较小；D．换用“×100”挡，发现这时指针偏转适中，随即记下电阻值；E．把表笔从插孔中拔出后，就把多用电表放回桌上原处，实验完毕．这个学生已经注意到在测量时待测电阻与其他元件或电源断开，不用手碰表笔的金属杆．这个学生在实验中哪一个或哪些步骤违反了使用规则？7．用如图4所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T.请根据下列步骤完成电阻测量：图4(1)旋动部件________，使指针对准电流的“0”刻线．(2)将K旋转到电阻挡“×100”的位置．(3)将插入“＋”、“－”插孔的表笔短接，旋动部件______，使指针对准电阻的________(填“0刻线”或“∞刻线”)．(4)将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小．为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按______的顺序进行操作，再完成读数测量．A．将K旋转到电阻挡“×1k”的位置B．将K旋转到电阻挡“×10”的位置C．将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准8．在如图5所示的电路中，电源的电动势E＝1.5V，内阻r＝0.5Ω，电流表满偏电流I g＝10mA，电流表电阻R g＝7.5Ω，A、B为接线柱．图5(1)用一根导线把A、B直接连起来，此时，应把可变电阻R1调节为多少才能使电流表恰好达到满偏电流？(2)调至满偏后保持R1的值不变，在A、B间接入一个150Ω的定值电阻R2，电流表指针指着多少刻度的位置？(3)如果把任意电阻R接在A、B之间，电流表读数I与R的值有什么关系？9．某同学用多用电表测量二极管的反向电阻．完成下列测量步骤：(1)检查多用电表的机械零点．(2)将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔，将选择开关拨至欧姆挡适当的量程处．(3)将红、黑表笔________，进行欧姆调零．(4)测反向电阻时，将__________表笔接二极管正极，将__________表笔接二极管负极，读出电表示数．(5)为了得到准确的测量结果，应让电表指针尽量指向表盘________(选填“左侧”、“右侧”或“中央”)，否则，在可能的条件下，应重新选择量程，并重复步骤(3)、(4)．(6)测量完成后，将选择开关拨向________位置．。