2017届高考物理一轮复习 实验9 测定电源的电动势和内阻

1 实验9 测定电源的电动势和内阻 一、实验目的 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； 2．掌握用图像法求电动势和内阻的方法． 二、实验器材 电压表、电流表、________、电池、开关、坐标纸和导线．

考点一 实验原理与实验操作 1.实验原理 (1)如图S9­1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)用图像法来处理数据，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图像，如图乙所示，直线跟纵轴的交点的纵坐标表示电源________的值，图线的________的绝对值即内阻r的值．

图S9­1 2．实验步骤 (1)按实验电路图连接实物图，电流表一般用________量程，电压表一般用3 V量程； (2)把滑动变阻器的滑片移到使滑动变阻器连入电路的阻值________的一端； (3)闭合开关，调节滑动变阻器使电流表有明显的示数，记录多组I、U数据； (4)处理数据：用公式法和作图法求出电源的电动势和内阻． 1 要精确测量一个直流电源的电动势和内阻，给定下列实验器材： A．待测电源(电动势约为4.5 V，内阻约为2 Ω) B．电流表A1(量程0.6 A，内阻为1 Ω) C．电压表V1(量程15 V，内阻为3 kΩ) D．电压表V2(量程3 V，内阻为2 kΩ) E．定值电阻R1＝500 Ω F．定值电阻R2＝1000 Ω G．滑动变阻器R(阻值范围0～20 Ω) H．开关及导线 (1)该实验中电压表应选________________(填选项前面的序号)，定值电阻应选________________(填选项前面的序号)． (2)在虚线方框中画出实验电路图． Ｋ (3)若将滑动变阻器滑片滑到某一位置，读出此时电压表读数为U，电流表读数为I，从理论上分析，电源电动势E和内阻r间的关系式应为E＝________________． 式题 [2015·江苏卷] 小明利用如图S9­2所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻． 2

图S9­2 (1)图中电流表的示数为________A. (2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：

U(V) 1.45 1.36 1.27 1.16 1.06

I(A) 0.12 0.20 0.28 0.36 0.44

请根据表中的数据，在图S9­3上作出U­I 图线．

图S9­3 由图线求得：电动势E＝________V；内阻r ＝________Ω. (3)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合．其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为___________________________________． ■ 注意事项 1．在选用电池时，应选用内阻较大的电池，可以选用已经使用一段较长时间的1号电池，这样电池的路端电压才有较大的变化． 2．实验过程中电路中的电流不要调得过大，读电表示数时要快，读完后立即断开电路． 3．测量U、I数据不能少于6组，并且变化范围要大些． 4．在作U­I图像时，要根据测量数据选取合适的坐标值，有时U轴的坐标值要从某一恰当的值开始，I轴的坐标值必须从零开始．在作图时，要使较多的点落在直线上，不落在直线上的点要均匀分布在直线的两侧． 考点二 数据处理与误差分析 1.数据处理 (1)公式法：需要测多组数据取平均值，以减少偶然误差． (2)图像法：注意结合解析式，明确图像斜率、截距的确切含义． 2．误差分析

根据闭合电路的欧姆定律，由两次测量列方程为E测＝U1＋I1rE测＝U2＋I2r ，解得E测＝I2U1－I1U2I2－I1，r测＝U1－U2I2－I1.考虑电压表的分流影响，并设电压表的内阻为RV，应用闭合电路的欧姆定律， 3

有E＝U1＋I1＋U1RVrE＝U2＋I2＋U2RVr ，式中的E与r是电动势和内阻的真实值，解得E＝I2U1－I1U2（I2－I1）－U1－U2RV，r＝U1－U2

（I2－I1）－U1－U2

RV

，比较得 E测

2 [2014·全国卷] 现要测量某电源的电动势和内阻．可利用的器材有：电流表A，内阻为1.00 Ω； 电压表V；阻值未知的定值电阻R1、R2、R3、R4、R5；开关S；一端连有鳄鱼夹P的导线1，其他导线若干．某同学设计的测量电路如图甲所示． (1)按图S9­4甲在实物图乙中画出连线，并标出导线1和其P端．

甲 乙 图S9­4 (2)测量时，改变鳄鱼夹P所夹的位置，使R1、R2、R3、R4、R5依次串入电路，记录对应的电压表的示数U和电流表的示数I. 数据如下表所示．根据表中数据，在图S9­5的坐标纸上将所缺数据点补充完整，并画出U­I图线．

I(mA) 193 153 111 69 30

U(V) 2.51 2.59 2.68 2.76 2.84

图S9­5 (3)根据U­I图线求出电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(保留2位有 4

效数字) 式题 [2015·天津卷] 用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V，内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻，除待测电池组、开关、导线外，还有下列器材供选用： A．电流表：量程0.6 A，内电阻约1 Ω B．电流表：量程为3 A，内电阻约0.2 Ω C．电压表：量程3 V，内电阻约30 kΩ D．电压表：量程6 V，内电阻约60 kΩ E．滑动变阻器：0～1000 Ω，额定电流0.5 A F．滑动变阻器：0～20 Ω，额定电流2 A ①为了使测量结果尽量准确，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)．

图S9­6 ②图S9­6为正确选择仪器后，连好的部分电路．为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将________和________相连、________和________相连、________和________相连(均填仪器上接线柱的字母代号)． ③实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验．实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U.用图像法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线，则可以________为纵坐标，以________为横坐标． ■ 注意事项 由于干电池的内阻较小，路端电压U的变化也较小，这时画U­I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，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)，但这时图线在横轴的截距不再是短路电流，而在纵轴的截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为电源的内阻． 考点三 同类实验拓展与创新

方案 实验电路 公式法 图像法

解析式 图像 斜率与纵轴截距的意义

方案1 E＝I1(R1＋r) E＝I2(R2＋r) R＝E·1I－r 斜率：E 纵轴截距：－r

方案2 E＝U1＋U1R1·r E＝U2＋U2R2·r 1U＝rE·1R＋1

E

斜率：rE

纵轴截距：1E 3 现有一电动势E约为9 V、内阻r约为40 Ω的电源，额定电流为50 mA.现有量程 5

为3 V、内阻为2 kΩ的电压表和阻值为0～999.9 Ω的电阻箱各一只，另有若干定值电阻、开关和导线等器材．为测定该电源的电动势和内阻，某同学设计了如图S9­7所示的电路进行实验，请回答下列问题：

图S9­7 (1)实验室备有以下几种规格的定值电阻R0，实验中应选用的定值电阻是________． A．200 Ω B．2 kΩ C．4 kΩ D．10 kΩ (2)实验时，应先将电阻箱的电阻调到________(选填“最大值”“最小值”或“任意值”)，目的是_____________________________________________________． (3)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，读取电压表的示

数．根据记录的多组数据，作出如图S9­8所示的1U ­1R图线．根据该图线可求得电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(保留两位有效数字)

图S9­8 式题 [2015·安徽卷] 某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材：一个满偏电流为100 μA、内阻为2500 Ω的表头，一个开关，两个电阻箱(0～999.9 Ω)和若干导线． (1)由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表，则应将表头与电阻箱________(填“串联”或“并联”)，并将该电阻箱阻值调为________Ω. (2)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，实验电路如图S9­9所示，通过改变电阻R测相应的电流I，且作相关计算后一并记录如下表：

图S9­9 1 2 3 4 5 6 R(Ω) 95.0 75.0 55.0 45.0 35.0 25.0

I(mA) 15.0 18.7 24.8 29.5 36.0 48.0

IR(V) 1.42 1.40 1.36 1.33 1.26 1.20

①根据表中数据，图S9­10中已描绘出四个点，请将第5、6两组数据也描绘在图S9­10中，并画出IR­I图线；