2022年高考物理实验九测定电源的电动势和内阻理论指导.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 高考物理一轮复习试验九 测定电源的电动势和内阻1 把握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法；进一步懂得闭合电路欧姆定律；2 把握用图象法求电动势和内阻的方法； 1 试验依据：闭合电路欧姆定律；2 试验电路：如图实91 所示；3 E和 r 的求解：由 UEIr 图实 91 U1EI1r ,得：U2EI2r ,EI 1U2 I 2U1 I 1 I 2,解得：r U2U1 I 1I 2；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E r；图线的斜率的大小表示内阻 r | U I| ；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；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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,调剂滑动变阻器,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/V I /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,数据满意关系式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, 然后尽量多地通过这些点作一条直线,使不在直线上的点大致匀称分布在直线两侧, 就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 | U | ； I1 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 在试验中不要将 I 调得过大,每次读完 U和 I 的数据后应立刻断开电源,以免干电池在大电流放电时极化现象严峻,使得 E和 r 明显变化；3 测出不少于 6 组 I 和 U的数据,且变化范畴要大些,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 U I 图线时, 要使尽可能多的点落在这条直线上,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；不在直线上的点应对称分布名师归纳总结 5 干电池内阻较小时,U的变化较小,此时,坐标图中数据点将出现如图实9 3 甲第 2 页,共 8 页所示的状况, 使下部大面积空间得不到利用；为此, 可使纵坐标不从零开头而是依据测得的- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 数据从某一恰当值开头 横坐标 I 必需从零开头 ,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 U势；要在直线上任取两个相距较远的点,用 r I 运算出电池的内阻 r ；图实 93 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,由于作图不精确造成的误差；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 本试验采纳如图实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；由于 I 真I 测I V,而 I VU/ RV,U 越大, I V越大, U趋近于零时 IV也趋近于零； 所以此种情形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,明显 E、r 的测量值都比真实值偏小,r 测<r 真、E 测<E 真；图实 94 2 如采纳如图实95 甲所示电路, 电流是精确的, 当 I 很小时, 电流表的分压很小,但随电流 I 增大,电流表的分压作用也逐步增大；此种情形的E 测E 真、r测>r真；图实 95 UI 图线如图乙所示,所以名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 以上测量方法一般称为伏安法,测电源的电动势和内阻仍有以下几种方法：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,测量原理为：EI1 R1 r ,EI 2 R2r ,由此可求出2伏阻法E 和 r ,此种方法使测得的电动势无偏差,但内阻偏大；图实 96 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：EU1U1 R1r ,EU2U2 R2r ,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 UERV RV rE,需满意 RV. r；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, EU1U2U1 RVr ,RV为 V1的内阻；再闭合 S,V1的示数为U1 ,此时 EU1 U1RVr ,解方程组可求得 E；图实 97 仪器挑选与误差分析 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,为了防止在调剂滑动变阻器时造成短路,电路中用一个定值电阻 开关和导线外,可供使用的试验器材仍有：R0 起爱护作用；除电池、名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 阻值范畴 010 、额定电流 2 A ；f 滑动变阻器 阻值范畴 0100 、额定电流 1 A ；那么：1 要正确完成试验, 电压表的量程应挑选_V,电流表的量程应挑选_A；R0 应挑选 _ 的定值电阻, R应挑选阻值范畴是 2 引起该试验系统误差的主要缘由是_ 的滑动变阻器；_ _ ； 解析 1 由于一节干电池的电动势为1.5 V ,应选量程为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,加上爱护电阻,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,爱护电阻太大,会使得电流表、电压表取值范畴小,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 0 10 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；本试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 13 0.6 1 010 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试验中,现有以下器材：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 R1 1.0 ；定值电阻 R2 99.5 ；电阻箱 R0 99.9 ；开关 S、导线如干；名师归纳总结 1 请在下面所给方框内,画出试验电路图,其中定值电阻应选用_ 选填“R1”第 5 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 或“R2” ；2 某同学在试验中测出了电阻箱的电阻在下面坐标图中描点作出1 I gR图线；次数R和电流计 G的示数 I g,记录数据见下表；请物理量1123456 R/ 1.62.12.23.24.25.6 I g/mA2.252.001.671.501.251.00 1 I g/mA0.440.500.600.670.801.00 图实 99 3 依据图线可求得,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I IgI gRg R10.002 5 A 0.497 5 A 0.5 A ,由闭合电路欧姆定律得EI Rr RA IgI gRg R1 Rr RA ,整理可得1 I g 1 E Rg ER1 R 1 E Rg ER1 r RA ,其中 RA199· 1 1991 0.995 ,结合图线可得E1.44 V1.40 1.48 V 均对 ,r 0.59 0.40 0.78 均对 ； 答案 1 试验电路图如图甲所示 R1 2 如图乙所示 31.441.401.48 均可 0.590.40 0.78 均可 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 同类试验的拓展与创新 例 3 2022· 重庆高考 某中同学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；试验器材如图实9 10 所示；图实 910 1 测量 E 和 r 的试验方案为：调剂滑动变阻器,转变电源两端的电压 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 将电压表视为抱负表,要求防止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 试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：在该试验中,随电极间距的减小,电源电动势_ 填“ 增大” “ 减小” 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 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 解析 1 依据欧姆定律,路端电压等于电动势减去内电压,即UEIr ；2 该试验要求路端电压测量精确,故电压表应直接接在电源的两端,滑动变阻器只需 能转变路端电压的值即可,故采纳限流式接法；3 依据图象,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 运算得 r 478 ；当外电路总电阻为 2 500 ,2 2就路端电压为 U2 500 479E0.819 V ,输出功率 2 500 PU R0.8192 500 W0.268 mW； 答案 1 UEIr 2 如下列图3 不变 增大 0.975 478 0.268 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 8 页