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2019-2020年高二物理實驗十 測定電源的電動勢和內(nèi)阻 【實驗目的】 測定電池的電動勢和內(nèi)電阻 【實驗原理】 由閉合電路的歐姆定律E =U+Ir知，路端電壓U=E—Ir，對給定的電源，E、r為常量，因此路端電壓U是電流I的一次函數(shù)。將電池、電流表、電壓表，可變電阻連接成如圖7-1所示的電路，改變可變電阻R的阻值，可以測得多組I、U值。將它們描在U—I坐標中，圖線應該是一條直線。顯然，直線在U坐標上的截距值就是電池電動勢，直線斜率的絕對值就是電池的內(nèi)阻的大小。 上述用作圖的方法得出實驗結(jié)果的方法，具有直觀、簡便的優(yōu)點。 【步驟規(guī)范】 實 驗 步 驟 操 作 規(guī) 范 一.連接實驗電路 1．將電流表、電壓表機械調(diào)零 A V R S E r 2．布列實驗器材，接圖連接實驗電路 1．若表針不在零位，用螺絲刀旋動機械調(diào)零螺釘，使其正對 2．⑴實驗器材應放置在合適的位置，應使電鍵、滑動變阻器便于操作；電表刻度盤應正對實驗者 ⑵電鍵接入電路前，處于斷開位置；閉合電鍵前，滑動變阻器阻值置于最大；導線連接無“丁”字形接線 ⑶電流表量程0.6A，電壓表量程3V 二．讀取I、U數(shù)據(jù) 1．調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，閉合電鍵，讀取一組電流表和電壓表的讀數(shù) 2．改變滑動變阻器的阻值，閉合電鍵，讀取電流表和電壓表讀數(shù)，共測8-10組 1．⑴滑動變阻器的阻值由大到小變化，使電路中電流從小到大平穩(wěn)地改變，適時地讀取I、U讀數(shù) ⑵電流表和電壓表讀數(shù)正確，有估讀 ⑶必要時要及時改變電表量程 2．每次實驗后，都要及時斷開電源 三．拆除電路，儀器復原 【注意事項】 1．使用內(nèi)阻大些（用過一段時間）的干電池，在實驗中不要將I調(diào)得過大，每次讀完U、I讀數(shù)立即斷電，以免于電池在大電流放電時極化現(xiàn)象過重，E、r明顯變化． 2．在畫U－I圖線時，要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側(cè)，而不要顧及個別離開較遠的點以減少偶然誤差． 3．干電池內(nèi)阻較小時U的變化較小，坐標圖中數(shù)據(jù)點將呈現(xiàn)如圖3甲所示的狀況，下部大面積空間得不到利用，為此可使坐標不從零開始，如圖3乙所示，把坐標的比例放大，可使結(jié)果的誤差減小些．此時圖線與橫軸交點不表示短路電流．計算內(nèi)阻要在直線上任取兩個相距較遠的點，用r=|ΔU/ΔI|計算出電池的內(nèi)阻r． 4．實驗誤差的來源與分析 （1）每次讀完電表示數(shù)沒有立即斷電，造成E、r變化； （2）測量電路存在系統(tǒng)誤差，I真＝I測十Iv，末考慮伏特表分流． 【典型例題】 例1 現(xiàn)有一阻值為10．0Ω的定值電阻、一個開關、若干根導線和一個電壓表，該電壓表表面上有刻度但無刻度值，要求設計一個能測定某電源內(nèi)阻的實驗方案（已知電壓表內(nèi)阻很大，電壓表量程大于電源電動勢，電源內(nèi)阻約為幾歐）要求： （1）畫出實驗電路圖． （2）簡要寫出完成接線實驗步驟。 （3）寫出用測得的量，電源內(nèi)阻的表達式r＝________________。 答案： （1）略 （2）斷開開關，記下電壓表偏轉(zhuǎn)格數(shù)N1；合上開關，記下電壓表偏轉(zhuǎn)格數(shù)N2 （3）r=(N1+N2)R/N2 例2．（04上海）在測定一節(jié)干電池（電動勢約為1.5V，內(nèi)阻約為2Ω）的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，變阻器和電壓表各有兩個供選：A電壓表量程為15V，B電壓表量程為3V，A變阻器為（20Ω，3A），B變阻器為（500Ω，0.2A） 電壓表應該選 （填A或B），這是因為 . 變阻器應該選 （填A或B），這是因為 . 答案：B，A電壓表量程過大，誤差較大；A、B變阻器額定電流過小且調(diào)節(jié)不便 例3 (xx 上海)某同學按如圖3所示電路進行實驗，實驗時該同學將變阻器的觸片P移到不同位置時測得各電表的示數(shù)如下表所示： 序號 A1示數(shù)(A) A2示數(shù)(A) V1示數(shù)(V) V2示數(shù)(V) 1 0.60 0.30 2.40 1.20 2 0.44 0.32 2.56 0.48 將電壓表內(nèi)阻看作無限大，電流表內(nèi)阻看作零。 （1）電路中E、r分別為電源的電動勢和內(nèi)阻，R1、R2、R3為定值電值，在這五個物理量中，可根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)求得的物理量（不要求具體計算）_________。 （2）由于電路發(fā)生故障，發(fā)現(xiàn)兩電壓表示數(shù)相同了（但不為零），若這種情況的發(fā)生是由用電器引起的，則可能的故障原因是________。 答案：（1）可測出的物理量是R2、R3和E。 （2）可能R2斷路，也可能R2、R3都斷路。 例4（05）測量電源B的電動勢E及內(nèi)阻r（E約為4．5V，r約為1．5Ω）。 器材：量程3V的理想電壓表，量程0．5A的電流表（具有一定內(nèi)阻），固定電阻R=4Ω，滑線變阻器R′，電鍵K，導線若干。 ①畫出實驗電路原理圖。圖中各無件需用題目中給出的符號或字母標出。 ②實驗中，當電流表讀數(shù)為I1時，電壓表讀數(shù)為U1；當電流表讀數(shù)為I2時，電壓表讀數(shù)為U2。則可以求出E= ，r= 。（用I1，I2，U1，U2及R表示） 答案：①實驗電路原理圖如圖。 ②(I1U1-I2U2)/(I1-I2) (U2-U1)/I1-I2)-R 實驗十：測電源的電動勢和內(nèi)阻練習 1． 如圖所示是測量干電池電動勢和內(nèi)電阻的實驗電路，為了減少系統(tǒng)誤差，電壓表的內(nèi)阻應_______，變阻器的全電阻應__________．接通電鍵時滑動變阻器的滑片C應在______________． 2． 用伏安法測電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗電路如圖2所示，現(xiàn)備有以下器材： A．干電池一個 B．滑動變阻器（阻值范圍0─50Ω） C．滑動變阻器（阻值范圍0─1750Ω） D．電壓表（量程0─3V） E．電壓表（量程0─15V） F．電流表（量程0─0.6A） G．電流表（量程0─3A） 其滑動變阻器應選用_________；電壓表應選用_________；電流表應選用___________．（只選儀器前的字母） 3． 在“用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)電阻”的實驗中，某同學按照正確實驗方法測出幾組數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)畫出U─I圖線，如圖3所示，從這圖線可以看出：電池的電動勢ε＝______V，內(nèi)電阻r＝_______W． 4． 利用如圖4電路測定電源電動勢ε和內(nèi)電阻r，如果不考慮電流表內(nèi)阻對測量的影響，則所測定的電源電動勢ε和內(nèi)電阻r的值與其真實值相比較，測出ε________，r__________．（填：準確、偏大或偏小） 5． 用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中采用右圖5的電路時，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出了U─I圖線，由此可得出E和r．圖線與縱軸交點表示的意義是__________其縱坐標大小等于________，圖線與橫軸交點表示的意義是________，其橫坐標等于___________，直線的斜率大小為：_________． 6． 要測定某個電池的電動勢和內(nèi)電阻，除電鍵和導線外，還可以分別用下列哪些組實驗器材均能達到測定目的 （ ） A．電流表和電阻箱 B．電壓表和電阻 C．電流表和電壓表 D．電流表、電壓表、滑動變阻器 7． 圖7是測一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻所用的器材，請以筆畫線連成實驗電路圖。 8． 某同學用伏安測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻，圖a為開始實驗前的實驗裝置。（圖中每條導線用數(shù)字編號表示，接線柱或接線點用大寫英文字母表示） （1）指出裝置圖中的錯誤或不妥之處 。應如何改正（請用盡可能少的步驟。答案寫在下面橫線） 。 （2）圖b是用測出的實驗數(shù)據(jù)畫出的干電池U—I圖線，根據(jù)圖線可求出干電池的電動勢ε= V，內(nèi)阻r = Ω 9用圖9器材測定干電池 的電動勢和內(nèi)電阻。 (1)把圖示器材連接成實驗電路，要求滑動變阻器連入電路的電阻值最大。 (2)右邊圖象是根據(jù)實驗中測得的數(shù)據(jù)在U—I坐標系上作出的圖象，由圖象可以求出電源的電動勢和內(nèi)電阻，如果考慮到電表內(nèi)阻的影響，這樣測出的電動勢和內(nèi)電阻數(shù)值各是偏大還是偏??？答： 10． 如圖10所示的元件規(guī)格為：電源電動勢ε=6.0V、內(nèi)阻r =4.0Ω，滑動變阻器電阻值R=40Ω，負載電阻Rf =160Ω。（1）將圖中元件連成電路，使Rf 兩端電壓U能在盡量大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。（2）U值的調(diào)節(jié)范圍是 V到 V。 11．利用2個定值電阻、1個電壓表、電鍵 和若干導線測定1節(jié)干電池的電動勢ε和內(nèi)阻r，電路圖如圖11所示，兩次實驗測得電壓表示數(shù)分別為U1和U2。由兩組數(shù)據(jù)R1，U1和R2，U2，可寫出計算ε= ，r = 。 U(V) 5.1 4.7 4.3 3.9 3.5 3.1 I(A) 0.75 1.1 1.4 1.8 2.1 2.4 12． 把下圖中所給的器材連成測量電池電動勢和內(nèi)電阻的合適的電路，某同學實驗中測得的6組測量數(shù)據(jù)如下在直角坐標系中畫出U─I的關系圖象根據(jù)圖線可知電池的電動勢為_____V，電池的內(nèi)電阻為____Ω．實驗中沒有考慮電流表，電壓表內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響，因此，測出的電池電動勢的值比真實值_______，測出的電池內(nèi)電阻的值比真實值_______，這主要是由于________表內(nèi)阻影響造成的． 13． 在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，所用器材如圖13所示，其中電流表的內(nèi)阻不大于0.1W，電壓表的內(nèi)電阻不小于1kW． (1)試在如下方框中畫出用圖示器材測電池的電動勢和內(nèi)電阻的電路圖，并按電路圖把圖示器材接成實驗電路 (2)一位學生在實驗中記錄的6組數(shù)據(jù)如下．試根據(jù)這些數(shù)據(jù)畫出U─I圖線，并從圖線上求出電池的電動勢ε＝___________V，內(nèi)電阻r＝_______． (3)為完成這個實驗，圖中滑動變阻器最好應選如下的哪一個?( ) A．阻值范圍0─5W B．阻值范圍0─10W C．阻值范圍0─20W D．阻值范圍0─100W． (4)這個實驗中，所測出的電動勢和內(nèi)電阻與被測電池電動勢和內(nèi)電阻的真實值相比( ) A．由于電壓表的分流作用，都偏小 B．由于電壓表的分流作用，都偏大 C．由于電流表的分壓作用，都偏小 D．由于電流表的分壓作用，都偏大 14． 在“測定電源電動勢和內(nèi)電阻”的實驗中 (1)圖為某同學連接的用伏安法測干電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗電路，指出錯誤及不合要求處并改正 A B C (2)某同學分別用新舊兩個干電池做實驗，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的U—I圖象中兩條圖線a和b，則 是舊電池對應的圖線。 （3）若實驗室由于缺少安培表，有幾組需利用伏特表和電阻箱、（符號）開關、導線組成電路進行測量 A、在方框中畫出電路圖 B、寫出計算電動勢和內(nèi)電阻的表達式 ε= r= 。 15． 一種供儀器使用的小型電池標稱電壓為9V，允許電池輸出的最大電流為50mA，為了測定這個電池的電動勢和內(nèi)電阻，實驗室利用了圖1所示電路，圖中電壓表內(nèi)阻很大，可不考慮對電路的影響，R為電阻箱，阻值范圍為0—9999Ω,R0是保護電阻。 （1）實驗室中備有的定值電阻有以下幾種規(guī)格： A.10Ω 5W B.150Ω 1/2W C.200Ω1/4W D.1.2kΩ1W 實驗時，R0應選用 （填字母代號）較好。 （2）在實驗中，當變阻箱各旋鈕調(diào)到2所示位置后，閉合開關，電壓表示數(shù)為9.0V，變阻箱此時電阻為 Ω。電路中通過電阻箱電流為 mA。 （3）斷開開關，調(diào)整電阻箱阻值，再閉合開關，讀取電壓表示數(shù)，多次重復，取得數(shù)據(jù)后，作出如圖3所示圖線，則該電池電動勢ε= V，內(nèi)電阻r = Ω。 　　 實驗十：測電源的電動勢和內(nèi)電阻參考答案 1． 盡可能的大些；盡可能的小些；b端．2． B；D；F 3． 3.2；4 4． 準確；偏大 5． ABD 6． 斷路時的路端電壓，e；短路電流，e／r，r 7． 見圖；全對得6分，電壓表、電流表量程錯各扣1分，其他錯都給0分。 8． (1)B D F C E A， (2)A（略），B． 1.5， 0.5 9． 電路圖3分 實物圖3分 10． B (3分）；將滑動變阻器和金屬桿的兩端的兩個接線柱都連到電路中 11． 12． ①如右圖 ②圖略，6.0V，1.2W ③小，小，電壓表． 13． (1)連線圖略 (2)圖線略；約1.44；0.71 (3)C (4)A 14．（1）A、伏特表應接0~3檔 B、安培表應從正接線柱接入 C、滑動變阻器開始時應將電阻置于最大值處 （2）b （3）A.電路如圖 B 15． (1)B (2)750;10 (3)9.5;50