高二物理实验十 测定电源的电动势和内阻

高二物理实验十测定电源的电动势和内阻[实验目的]测定电池的电动势和内电阻 [实验原理]由闭合电路的欧姆定律E =U+Ir 知，路端电压U=E —Ir ，对给定的电源，E 、r 为常量，因此路端电压U 是电流I 的一次函数。

将电池、电流表、电压表，可变电阻连接成如图7-1所示的电路，改变可变电阻R 的阻值，可以测得多组I 、U值。

将它们描在U —I 坐标中，图线应该是一条直线。

显然，直线在U 坐标上的截距值就是电池电动势，直线斜率的绝对值就是电池的内阻的大小。

上述用作图的方法得出实验结果的方法，具有直观、简便的优点。

[步骤规X]实 验 步 骤操 作 规 X一.连接实验电路1．将电流表、电压表机械调零 2．布列实验器材，接图连接实验电路1．假设表针不在零位，用螺丝刀旋动机械调零螺钉，使其正对2．⑴实验器材应放置在合适的位置，应使电键、滑动变阻器便于操作；电表刻度盘应正对实验者 ⑵电键接入电路前，处于断开位置；闭合电键前，滑动变阻器阻值置于最大；导线连接无“丁〞字形接线⑶电流表量程0.6A ，电压表量程3V二．读取I 、U 数据1．调节滑动变阻器的阻值，闭合电键，读取一组电流表和电压表的读数2．改变滑动变阻器的阻值，闭合电键，读取电流表和电压表读数，共测8-10组1．⑴滑动变阻器的阻值由大到小变化，使电路中电流从小到大平稳地改变，适时地读取I 、U 读数 ⑵电流表和电压表读数正确，有估读 ⑶必要时要及时改变电表量程 2．每次实验后，都要及时断开电源 三．拆除电路，仪器复原[须知]1．使用内阻大些〔用过一段时间〕的干电池，在实验中不要将I 调得过大，每次读完U 、I 读数立即断电，以免于电池在大电流放电时极化现象过重，E 、r 明显变化．2．在画U －I 图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，而不要顾及个别离开较远的点以减少偶然误差．3．干电池内阻较小时U 的变化较小，坐标图中数据点将呈现如图3甲所示的状况，下部大面积空间得不到利用，为此可使坐标不从零开始，如图3乙所示，把坐标的比例放大，可使结果的误差减小些．此时图线与横轴交点不表示短路电流．计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用r=|ΔU/ΔI|计算出电池的内阻r ．4．实验误差的来源与分析AVRS E r〔1〕每次读完电表示数没有立即断电，造成E、r变化；〔2〕测量电路存在系统误差，I真＝I测十I v，末考虑伏特表分流．[典型例题]例1 现有一阻值为10．0Ω的定值电阻、一个开关、假设干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案〔电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧〕要求：〔1〕画出实验电路图．〔2〕简要写出完成接线实验步骤。

〔3〕写出用测得的量，电源内阻的表达式r＝________________。

答案：〔1〕略〔2〕断开开关，记下电压表偏转格数N1；合上开关，记下电压表偏转格数N2〔3〕r=(N1+N2)R/N2例2．〔04某某〕在测定一节干电池〔电动势约为1.5V，内阻约为2Ω〕的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选：A电压表量程为15V，B电压表量程为3V，A变阻器为〔20Ω，3A〕，B变阻器为〔500Ω，0.2A〕电压表应该选〔填A或B〕，这是因为.变阻器应该选〔填A或B〕，这是因为.答案：B，A电压表量程过大，误差较大；A、B变阻器额定电流过小且调节不便例3(2000 某某)某同学按如图3所示电路进行实验，实验时该同学将变阻器的触片P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示：序号A1示数(A) A2示数(A) V1示数(V) V2示数(V)1 0.60 0.30 2.40 1.202 0.44 0.32 2.56 0.48将电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零。

〔1〕电路中E、r分别为电源的电动势和内阻，R1、R2、R3为定值电值，在这五个物理量中，可根据上表中的数据求得的物理量〔不要求具体计算〕_________。

〔2〕由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了〔但不为零〕，假设这种情况的发生是由用电器引起的，那么可能的故障原因是________。

答案：〔1〕可测出的物理量是R2、R3和E。

〔2〕可能R2断路，也可能R2、R3都断路。

例4〔05〕测量电源B的电动势E及内阻r〔E约为4．5V，r约为1．5Ω〕。

器材：量程3V的理想电压表○V，量程0．5A的电流表○A〔具有一定内阻〕，固定电阻R=4Ω，滑线变阻器R′，电键K，导线假设干。

①画出实验电路原理图。

图中各无件需用题目中给出的符号或字母标出。

②实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2。

那么可以求出E=，r=。

〔用I1，I2，U1，U2及R表示〕答案：①实验电路原理图如图。

②(I1U1-I2U2)/(I1-I2)(U2-U1)/I1-I2)-R实验十：测电源的电动势和内阻练习1．如下图是测量干电池电动势和内电阻的实验电路，为了减少系统误差，电压表的内阻应_______，变阻器的全电阻应__________．接通电键时滑动变阻器的滑片C应在______________．2．用伏安法测电源电动势和内电阻的实验电路如图2所示，现备有以下器材：A．干电池一个B．滑动变阻器〔阻值X围0─50Ω〕C．滑动变阻器〔阻值X围0─1750Ω〕D．电压表〔量程0─3V〕E．电压表〔量程0─15V〕F．电流表〔量程0─0.6A〕G．电流表〔量程0─3A〕其滑动变阻器应选用_________；电压表应选用_________；电流表应选用___________．〔只选仪器前的字母〕3．在“用伏安法测电池的电动势和内电阻〞的实验中，某同学按照正确实验方法测出几组数据，根据这些数据画出U─I图线，如图3所示，从这图线可以看出：电池的电动势ε＝______V，内电阻r＝_______．4．利用如图4电路测定电源电动势ε和内电阻r，如果不考虑电流表内阻对测量的影响，那么所测定的电源电动势ε和内电阻r的值与其真实值相比较，测出ε________，r__________．〔填：准确、偏大或偏小〕5．用伏安法测电池的电动势和内电阻的实验中采用右图5的电路时，根据实验数据做出了U─I图线，由此可得出和r．图线与纵轴交点表示的意义是__________其纵坐标大小等于________，图线与横轴交点表示的意义是________，其横坐标等于___________，直线的斜率大小为：_________．6．要测定某个电池的电动势和内电阻，除电键和导线外，还可以分别用以下哪些组实验器材均能达到测定目的〔〕A．电流表和电阻箱B．电压表和电阻C．电流表和电压表 D．电流表、电压表、滑动变阻器7．图7是测一节干电池的电动势和内电阻所用的器材，请以笔画线连成实验电路图。

8．某同学用伏安测定一节干电池的电动势和内电阻，图a为开始实验前的实验装置。

〔图中每条导线用数字编号表示，接线柱或接线点用大写英文字母表示〕〔1〕指出装置图中的错误或不妥之处。

应如何改正〔请用尽可能少的步骤。

答案写在下面横线〕。

〔2〕图b是用测出的实验数据画出的干电池U—I图线，根据图线可求出干电池的电动势ε=V，内阻r =Ω9用图9器材测定干电池的电动势和内电阻。

(1)把图示器材连接成实验电路，要求滑动变阻器连入电路的电阻值最大。

(2)右边图象是根据实验中测得的数据在U—I坐标系上作出的图象，由图象可以求出电源的电动势和内电阻，如果考虑到电表内阻的影响，这样测出的电动势和内电阻数值各是偏大还是偏小？答：10．如图10所示的元件规格为：电源电动势ε=6.0V、内阻r =4.0Ω，滑动变阻器电阻值R=40Ω，负载电阻R f =160Ω。

〔1〕将图中元件连成电路，使R f 两端电压U能在尽量大的X围内调节。

〔2〕U值的调节X围是V到V。

11．利用2个定值电阻、1个电压表、电键和假设干导线测定1节干电池的电动势ε和内阻r，电路图如图11所示，两次实验测得电压表示数分别为U1和U2。

由两组数据R1，U1和R2，U2，可写出计算ε= ，r =。

U(V) 5.1 4.7 4.3 3.9 3.5 3.1I(A) 0.75 1.1 1.4 1.8 2.1 2.412．把以下图中所给的器材连成测量电池电动势和内电阻的合适的电路，某同学实验中测得的6组测量数据如下在直角坐标系中画出U─I的关系图象根据图线可知电池的电动势为_____V，电池的内电阻为____Ω．实验中没有考虑电流表，电压表内阻对测量结果的影响，因此，测出的电池电动势的值比真实值_______，测出的电池内电阻的值比真实值_______，这主要是由于________表内阻影响造成的．13．在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中，所用器材如图13所示，其中电流表的内阻不大于0.1，电压表的内电阻不小于1k．(1)试在如下方框中画出用图示器材测电池的电动势和内电阻的电路图，并按电路图把图示器材接成实验电路(2)一位学生在实验中记录的6组数据如下．试根据这些数据画出U─I图线，并从图线上求出电池的电动势ε＝___________V，内电阻r＝_______．(3)为完成这个实验，图中滑动变阻器最好应选如下的哪一个?( )A．阻值X围0─5B．阻值X围0─10C．阻值X围0─20D．阻值X围0─100．(4)这个实验中，所测出的电动势和内电阻与被测电池电动势和内电阻的真实值相比( )A．由于电压表的分流作用，都偏小B．由于电压表的分流作用，都偏大C．由于电流表的分压作用，都偏小D．由于电流表的分压作用，都偏大14．在“测定电源电动势和内电阻〞的实验中(1)图为某同学连接的用伏安法测干电池的电动势和内电阻的实验电路，指出错误及不合要求处并改正ABC(2)某同学分别用新旧两个干电池做实验，根据实验数据画出的U—I图象中两条图线a和b，那么是旧电池对应的图线。

〔3〕假设实验室由于缺少安培表，有几组需利用伏特表和电阻箱、〔符号〕开关、导线组成电路进行测量A、在方框中画出电路图B、写出计算电动势和内电阻的表达式ε= r=。

15．一种供仪器使用的小型电池标称电压为9V，允许电池输出的最大电流为50mA，为了测定这个电池的电动势和内电阻，实验室利用了图1所示电路，图中电压表内阻很大，可不考虑对电路的影响，R为电阻箱，阻值X围为0—9999Ω,R0是保护电阻。

〔1〕实验室中备有的定值电阻有以下几种规格：A.10Ω 5WB.150Ω 1/2WC.200ΩΩ1W实验时，R0应选用〔填字母代号〕较好。

〔2〕在实验中，当变阻箱各旋钮调到2所示位置后，闭合开关，电压表示数为9.0V，变阻箱此时电阻为Ω。