2019高考物理必考实验精细精讲实验九:测定电源的电动势和内阻学案含答案
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1、实验九 测定电源的电动势和内阻目录课前预习基础落实课堂互动考点突破课前预习基础落实【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学会用图象法求电动势和内阻。【实验原理】1实验依据:闭合电路欧姆定律。2实验电路(如图实1 所示)3 E 和 r 的求解:由 U E Ir 得 ,解得 E、 r。U1 E I1rU2 E I2r)4用作图法处理数据,如图实2 所示。(1)图线与纵轴交点为 E;(2)图线与横轴交点为 I 短 ;Er(3)图线的斜率表示 r| |。 U I【实验器材】电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。【实验步骤】1电流表用 0.6 A 量程
2、,电压表用 3 V 量程,按实验电路图连接好实物电路。2把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端。3闭合电键,调节变阻器,使电流表有明显示数。记录一组电流表和电压表的示数,用同样方法测量并记录几组 I、U 值,并填入表格中。4.断开开关,拆除电路,整理好器材。【数据处理】方法一:列方程组求解电动势和内阻的大小根据以上三组方程分别求出 E、 r,再取其平均值作为电源的电动势 E 和内阻 r。方法二:用图象法处理数据在坐标纸上以路端电压 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( I, U)值所对应的点,然后尽量多地通过这些点作一条直线,不在直线上的点大致均匀分
3、布在直线两侧,则直线与纵轴交点的纵坐标值即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距),直线斜率的绝对值即为电池的内阻 r,即 r| |。 U I【误差分析】1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。(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)如图实1 所示,在理论上 EU(I VI A)r,其中电压表示数 U 是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流 IV而形成误差,而且电压表示数越大,I V越大当电压表示数为零时,I V0,I AI 短 ,
4、短路电流测量值真实值。如图实3 所示,可知 E 测 E 真 ,r 测r 真 。(2)若采用如图实4 甲所示的电路,I A为电源电流真实值,理论上有 EUU AI Ar,其中UA不可知而造成误差,而且电流表示数越大,U A越大。当电流为零时,U A0,电压为准确值,等于 E,如图实4 乙所示,可知 E 测 E 真 ,r 测 r 真 。【注意事项】1为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的 1 号干电池)。2干电池在大电流放电时,电动势会明显下降,内电阻会明显增大,因此在实验中不要将电流I 调得过大,读数要快,每次读完立即断电。3在画 UI 图线时,要使较多的点落在这
5、条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。4干电池内阻较小时路端电压 U 的变化也较小,即不会比电动势小很多,这时,在画 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)。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流 Im,不过斜率的绝对值仍是电源的内电阻。课堂互动考点突破考点一 实验原理与数据处理例 1 (四川理综)用实验测一电池的内阻 r 和一待测电阻的阻值 Rx。已知电池的电动势约 6 V,电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有:电流表 A1(量程 030 mA);电流表 A2(量程 0100 m
6、A);电压表 V(量程 06 V);滑动变阻器 R1(阻值 05 );滑动变阻器 R2(阻值 0300 );开关 S 一个,导线若干条。某同学的实验过程如下:.设计如图实5 所示的电路图,正确连接电路。.将 R 的阻值调到最大,闭合开关,逐次调小 R 的阻值,测出多组 U 和 I 的值,并记录。以 U为纵轴,I 为横轴,得到如图实6 所示的图线。.断开开关,将 Rx改接在 B、C 之间,A 与 B 直接相连,其他部分保持不变。重复的步骤,得到另一条 UI 图线,图线与横轴 I 的交点坐标为(I 0,0),与纵轴 U 的交点坐标为(0,U 0)。回答下列问题:(1)电流表应选用_,滑动变阻器应选
7、用_;(2)由图乙的图线,得电源内阻 r_;(3)用 I0、U 0和 r 表示待测电阻的关系式 Rx_,代入数值可得 Rx;(4)若电表为理想电表,R x接在 B、C 之间与接在 A、B 之间,滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置,两种情况相比,电流表示数变化范围_,电压表示数变化范围_。(选填“相同”或“不同”)解析 (1)电路总电阻可能的最小值约为 20 ,则回路中可能的最大电流 Im A300 mA,可见,620电流表应选用 A2。若选用滑动变阻器 R1,电路中电流变化范围太窄,并且当 R1连入电路阻值最大时,电路中电流仍可能会超过电流表 A2的量程,故应选用 R2。(3)图乙中
8、,UI 图线的斜率的绝对值等于电源内阻,由图象可知:r25 。(3)由题意可知,R xr ,则 Rx r。U0I0 U0I0(4)若电表为理想电表,R x接在 B、C 或 A、B 之间,对干路中电流无影响,故电流表示数变化范围相同,很显然,电压表示数变化范围不相同。答案 (1)A 2 R2 (2)25 (3) r (4)相同 不同U0I0考点二 仪器选择与电路连接例 2 (天津理综)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 )的电动势和内电阻,除待测电池组、电键、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 B电流表:量程 3
9、 A,内电阻约 0.2 C电压表:量程 3 V,内电阻约 30 kD电压表:量程 6 V,内电阻约 60 kE滑动变阻器:01 000 ,额定电流 0.5 AF滑动变阻器:020 ,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)。(2)如图实7 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
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