物理總第八章 恒定電流 實(shí)驗(yàn)十 測定電源的電動勢和內(nèi)阻

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1、實(shí)驗(yàn)十測定電源的電動勢和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)十測定電源的電動勢和內(nèi)阻注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)1. .可選用舊電池：可選用舊電池：為了使電路的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)為了使電路的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過一段時(shí)間的阻宜大些，可選用已使用過一段時(shí)間的1號干電池。號干電池。2. .電流不要過大，讀數(shù)要快：電流不要過大，讀數(shù)要快：干電池在大電流放電時(shí)，電動勢干電池在大電流放電時(shí)，電動勢E會明顯下降，內(nèi)阻會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大。因此，實(shí)驗(yàn)中不要將會明顯增大。因此，實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過調(diào)得過大，讀電表要快，每次讀完立即斷電。大，讀電表要快，每次讀完立即斷電。3. .計(jì)算法求計(jì)算法求E、r：要測

2、出不少于要測出不少于6組組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時(shí)，要將測出的些，用方程組求解時(shí)，要將測出的I、U數(shù)據(jù)中，第數(shù)據(jù)中，第1和第和第4為一為一組、第組、第2和第和第5為一組、第為一組、第3和第和第6為一組，分別解出為一組，分別解出E、r值再求值再求平均值。平均值。圖圖2誤差分析誤差分析1. .用圖象法求用圖象法求E和和r時(shí)作圖不準(zhǔn)確。時(shí)作圖不準(zhǔn)確。2. .由于電流表或電壓表的分壓或分流存在系統(tǒng)誤差。由于電流表或電壓表的分壓或分流存在系統(tǒng)誤差。本實(shí)驗(yàn)中測量結(jié)果是：本實(shí)驗(yàn)中測量結(jié)果是：E測測E真真，r測測r真真。熱點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)【例【例1】(

3、2016四川理綜，四川理綜，8)用如圖用如圖3所示電路測量電源的電所示電路測量電源的電動勢和內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)器材：待測電源動勢和內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)器材：待測電源(電動勢約電動勢約3 V，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約2 )，保護(hù)電阻保護(hù)電阻R1(阻值阻值10 )和和R2(阻值阻值5 )，滑動變阻器，滑動變阻器R，電流表，電流表A，電壓表，電壓表V，開關(guān)，開關(guān)S，導(dǎo)線若干。，導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)主要步驟：實(shí)驗(yàn)主要步驟：()將滑動變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)；將滑動變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)；()逐漸減小滑動變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)逐漸減小滑動變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)U和相應(yīng)電流表的

4、示數(shù)和相應(yīng)電流表的示數(shù)I；()以以U為縱坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，作為橫坐標(biāo)，作UI圖線圖線(U、I都用國際單位都用國際單位)；()求出求出UI圖線斜率的絕對值圖線斜率的絕對值k和在橫軸上的截距和在橫軸上的截距a?；卮鹣铝袉栴}：回答下列問題：(1)電壓表最好選用電壓表最好選用_；電流表最好選用；電流表最好選用_。A. .電壓表電壓表(03 V，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約15 k)B. .電壓表電壓表(03 V，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約3 k)C. .電流表電流表(0200 mA，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約2 )D.電流表電流表(030 mA，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約2 )圖圖3(2)滑動變阻器的滑片從左向右滑動，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大?；?/p>

5、動變阻器的滑片從左向右滑動，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大。兩導(dǎo)線與滑動變阻器接線柱連接情況是兩導(dǎo)線與滑動變阻器接線柱連接情況是_。A. .兩導(dǎo)線接在滑動變阻器電阻絲兩端的接線柱兩導(dǎo)線接在滑動變阻器電阻絲兩端的接線柱B. .兩導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿兩端的接線柱兩導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿兩端的接線柱C. .一條導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導(dǎo)一條導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱線接在電阻絲左端接線柱D. .一條導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導(dǎo)一條導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲右端接線柱線接在電阻絲右端接線柱(3)選用選用k

6、、a、R1和和R2表示待測電源的電動勢表示待測電源的電動勢E和內(nèi)阻和內(nèi)阻r的表的表達(dá)式達(dá)式E_，r_，代入數(shù)值可得，代入數(shù)值可得E和和r的測的測量值。量值。答案答案(1)AC(2)C(3)kakR2(2)由電路分析可知，若滑動變阻器的滑片向右滑動時(shí)電壓表由電路分析可知，若滑動變阻器的滑片向右滑動時(shí)電壓表示數(shù)變大，則滑動變阻器接入電路部分阻值增大，選項(xiàng)示數(shù)變大，則滑動變阻器接入電路部分阻值增大，選項(xiàng)C符符合題意。合題意。【變式訓(xùn)練【變式訓(xùn)練1】某興趣小組利用圖】某興趣小組利用圖4所示電路測定一組干電所示電路測定一組干電池的內(nèi)阻池的內(nèi)阻r和一待測電阻的阻值和一待測電阻的阻值Rx。已知電池組的電動勢

7、約。已知電池組的電動勢約為為6 V，電池組內(nèi)阻和待測電阻的阻值都約為，電池組內(nèi)阻和待測電阻的阻值都約為10 ，且不超，且不超過過10 ，可供選用的實(shí)驗(yàn)器材有：，可供選用的實(shí)驗(yàn)器材有：圖圖4A. .電流表電流表 ( (量程量程0300 mA，內(nèi)阻不計(jì)，內(nèi)阻不計(jì))；B. .電流表電流表 ( (量程量程03 A，內(nèi)阻不計(jì)，內(nèi)阻不計(jì))；C. .電壓表電壓表 ( (量程量程06 V，內(nèi)阻很大，內(nèi)阻很大)；D. .電壓表電壓表 ( (量程量程015 V，內(nèi)阻很大，內(nèi)阻很大)；E. .滑動變阻器滑動變阻器R(阻值阻值0100 )；開關(guān)開關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線若干。一個(gè)，導(dǎo)線若干。該實(shí)驗(yàn)過程如下：該實(shí)驗(yàn)過程如下：(1

8、)在連接電路前，先選擇合適的器材，電流表應(yīng)選用在連接電路前，先選擇合適的器材，電流表應(yīng)選用_，電壓表應(yīng)選用，電壓表應(yīng)選用_。(填所選器材前的字母填所選器材前的字母)(2)按圖按圖4正確連接好電路后，將滑動變阻器的阻正確連接好電路后，將滑動變阻器的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)，逐次調(diào)小其接入電路的值調(diào)到最大，閉合開關(guān)，逐次調(diào)小其接入電路的阻值，測出多組阻值，測出多組U和和I的值，并記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)，的值，并記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以以U為縱軸，為縱軸，I為橫軸，得到圖為橫軸，得到圖5所示的圖線。所示的圖線。(3)斷開開關(guān)斷開開關(guān)S，將，將Rx改接在改接在B、C之間，之間，A與與B用用導(dǎo)線直接相連，其他部分保持不

9、變。重復(fù)步驟導(dǎo)線直接相連，其他部分保持不變。重復(fù)步驟(2)，得到另一條得到另一條UI圖線，其斜率的絕對值為圖線，其斜率的絕對值為k。(4)根據(jù)上面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合圖根據(jù)上面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合圖5可得，電池組的內(nèi)可得，電池組的內(nèi)阻阻r_；用；用k和和r表示待測電阻的關(guān)系式表示待測電阻的關(guān)系式為為Rx_。圖圖5解析解析(1)由圖由圖5可知，電流最大為可知，電流最大為300 mA，為了保證實(shí)驗(yàn)的，為了保證實(shí)驗(yàn)的安全和準(zhǔn)確，電流表應(yīng)選擇安全和準(zhǔn)確，電流表應(yīng)選擇A；電源的電動勢約為；電源的電動勢約為6 V，故電，故電壓表應(yīng)選擇壓表應(yīng)選擇6 V量程的量程的C。答案答案(1)AC(4)10kr熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新熱點(diǎn)二

10、實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新方法方法1安安阻法阻法 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理用一個(gè)電流表和電阻箱測量，電路如圖用一個(gè)電流表和電阻箱測量，電路如圖6所示，測量原理為：所示，測量原理為：EI1(R1r)，EI2(R2r)，由此可求出，由此可求出E和和r，此種方法使，此種方法使測得的電動勢無偏差，內(nèi)阻偏大。若已知電流表測得的電動勢無偏差，內(nèi)阻偏大。若已知電流表A的阻值可消的阻值可消除測內(nèi)阻的系統(tǒng)誤差。除測內(nèi)阻的系統(tǒng)誤差。圖圖6方法方法2伏伏阻法阻法 (1)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理圖圖7(2)圖象法處理數(shù)據(jù)，如圖圖象法處理數(shù)據(jù)，如圖8所示。所示。圖圖8【例【例2】(2017湖北省襄陽市高三調(diào)研湖北省襄陽市高三調(diào)研)如圖如圖9所示為某

11、興趣小所示為某興趣小組測量電池組的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理圖，已知電池組的組測量電池組的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理圖，已知電池組的電動勢約電動勢約3 V，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約2 ?，F(xiàn)提供的器材如下：?，F(xiàn)提供的器材如下：A. .電池組電池組B. .電壓表電壓表V1(量程量程010 V，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約10 000 )C. .電壓表電壓表V2(量程量程03 V，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約10 000 )D. .電阻箱電阻箱R(099.9 )E. .定值電阻定值電阻R120 F. .定值電阻定值電阻R21 000 H.開關(guān)和導(dǎo)線若干開關(guān)和導(dǎo)線若干圖圖9(1)如果要準(zhǔn)確測量電源的電動勢和內(nèi)阻，電壓表如果要準(zhǔn)確測量電源的電動勢和

12、內(nèi)阻，電壓表V應(yīng)選擇應(yīng)選擇_(選填選填“B”或或“C”)；定值電阻；定值電阻R0應(yīng)選擇應(yīng)選擇_(選填選填“E”或或“F”)。(3)該實(shí)驗(yàn)測得的電動勢與真實(shí)值相比該實(shí)驗(yàn)測得的電動勢與真實(shí)值相比_(選填選填“偏偏大大 ” “ 偏 小偏 小 ” 或或 “ 不 變不 變 ” ) ， 內(nèi) 阻 的 測 量 值 與 真 實(shí) 值 相 比， 內(nèi) 阻 的 測 量 值 與 真 實(shí) 值 相 比_(選填選填“偏大偏大”“偏小偏小”或或“不變不變”)。圖圖10解析解析(1)電壓表電壓表V1的量程太大，使得電壓表指針的偏角太小，的量程太大，使得電壓表指針的偏角太小，測量誤差太大，測量誤差太大，R21 000 的定值電阻太大

13、，使得電壓表指針的定值電阻太大，使得電壓表指針的偏角太小，且在改變電阻箱阻值時(shí)，電壓表的示數(shù)變化不明的偏角太小，且在改變電阻箱阻值時(shí)，電壓表的示數(shù)變化不明顯，故電壓表選擇顯，故電壓表選擇C，定值電阻選擇，定值電阻選擇E。A. .電流表電流表G(量程為量程為30 mA、內(nèi)阻未知、內(nèi)阻未知)B. .電阻箱電阻箱R(0999.9 )C. .滑動變阻器滑動變阻器R1(020 )D. .滑動變阻器滑動變阻器R2(01 k)E. .開關(guān)、導(dǎo)線若干開關(guān)、導(dǎo)線若干F. .電源電源E(電動勢約電動勢約10 V) (1)要完成實(shí)驗(yàn)，首先需測量電流表要完成實(shí)驗(yàn)，首先需測量電流表G的內(nèi)阻。測量電流表的內(nèi)阻。測量電流表

14、G內(nèi)內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)電路如圖阻的實(shí)驗(yàn)電路如圖11所示。所示?！咀兪接?xùn)練【變式訓(xùn)練2】(2017山東省濰坊市高三統(tǒng)考山東省濰坊市高三統(tǒng)考)某興趣小組要某興趣小組要精確測定電源的電動勢和內(nèi)阻，他們找來了如下器材：精確測定電源的電動勢和內(nèi)阻，他們找來了如下器材：將下述實(shí)驗(yàn)過程補(bǔ)充完整。將下述實(shí)驗(yàn)過程補(bǔ)充完整。a. .選擇器材，滑動變阻器選擇器材，滑動變阻器R應(yīng)該選取應(yīng)該選取_(選填選填“R1”或或“R2”)；b. .連接好電路，連接好電路，R的滑片應(yīng)調(diào)到的滑片應(yīng)調(diào)到_(選填選填“a”或或“b”)端；端；c. .斷開斷開S2，閉合，閉合S1，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)R，使電流表，使電流表G滿偏；滿偏；d. .保持保持R不

15、變，閉合不變，閉合S2，調(diào)節(jié)電阻箱，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，當(dāng)?shù)淖柚担?dāng)R10 時(shí)，時(shí)，電流表電流表G的示數(shù)為的示數(shù)為20 mA；如果認(rèn)為閉合如果認(rèn)為閉合S2前后干路上電流不變，則電流表前后干路上電流不變，則電流表G的內(nèi)阻的內(nèi)阻Rg_。圖圖11圖圖12答案答案(1)R2a5(2)9401. .某同學(xué)利用如圖某同學(xué)利用如圖13甲所示電路測量電源的電動勢甲所示電路測量電源的電動勢E和內(nèi)阻和內(nèi)阻r，可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材有：待測電源可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材有：待測電源(電動勢約電動勢約6 V，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約1 )，定值電阻定值電阻RA(阻值阻值10 )和和RB(阻值阻值1 )，滑動變阻器，滑動變阻器R(最大阻值最

16、大阻值10 )，電流表，電流表 ( (量程為量程為00.6 A，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約1 )，電壓表，電壓表 ( (量程為量程為05 V，內(nèi)阻約，內(nèi)阻約10 k)，開關(guān)，開關(guān)S，導(dǎo)線若干。請回答下，導(dǎo)線若干。請回答下列問題：列問題：圖圖13(1)圖圖13甲為該同學(xué)設(shè)計(jì)的電路圖的一部分，將電路圖補(bǔ)充完甲為該同學(xué)設(shè)計(jì)的電路圖的一部分，將電路圖補(bǔ)充完整。整。(2)圖圖13甲中的甲中的R1應(yīng)選應(yīng)選_(填填“RA”或或“RB”)。(3)改變滑動變阻器接入電路的阻值，分別記下幾組電壓表的改變滑動變阻器接入電路的阻值，分別記下幾組電壓表的示數(shù)示數(shù)U和相應(yīng)電流表的示數(shù)和相應(yīng)電流表的示數(shù)I；以；以U為縱坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，

17、I為橫坐標(biāo)，作為橫坐標(biāo)，作UI圖線如圖乙所示，并求出圖線如圖乙所示，并求出UI圖線在橫軸上的截距圖線在橫軸上的截距a和在和在縱軸上的截距縱軸上的截距b。請選用待測電源電動勢。請選用待測電源電動勢E、內(nèi)阻、內(nèi)阻r、定值電阻、定值電阻R1和和R2，寫出，寫出a、b的表達(dá)式，的表達(dá)式，a_，b_，代入相應(yīng)數(shù)值即可得代入相應(yīng)數(shù)值即可得E和和r的測量值。的測量值。解析解析(1)利用電壓表和電流表測量電源電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)，利用電壓表和電流表測量電源電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)，電流表內(nèi)阻與電源內(nèi)阻相差不大，所以要把電流表內(nèi)接，電路電流表內(nèi)阻與電源內(nèi)阻相差不大，所以要把電流表內(nèi)接，電路圖如答圖。圖如答圖。(2)由于

18、滑動變阻器最大阻值只有由于滑動變阻器最大阻值只有10 ，電流表量程只有，電流表量程只有0.6 A，所以需要串聯(lián)的電阻所以需要串聯(lián)的電阻R1應(yīng)該選擇阻值為應(yīng)該選擇阻值為10 的定值電阻的定值電阻RA。2.2017天津理綜，天津理綜，9(3)某探究性學(xué)習(xí)小組利用如圖某探究性學(xué)習(xí)小組利用如圖14所示的電所示的電路測量電池的電動勢和內(nèi)阻。其中電流表路測量電池的電動勢和內(nèi)阻。其中電流表A1的內(nèi)阻的內(nèi)阻r11.0 k，電阻電阻R19.0 k，為了方便讀數(shù)和作圖，給電池串聯(lián)一個(gè)，為了方便讀數(shù)和作圖，給電池串聯(lián)一個(gè)R03.0 的電阻。的電阻。按圖示電路進(jìn)行連接后，發(fā)現(xiàn)按圖示電路進(jìn)行連接后，發(fā)現(xiàn)aa、bb和和c

19、c三條導(dǎo)線中，混三條導(dǎo)線中，混進(jìn)了一條內(nèi)部斷開的導(dǎo)線。為了確定哪一條導(dǎo)線內(nèi)部是斷開進(jìn)了一條內(nèi)部斷開的導(dǎo)線。為了確定哪一條導(dǎo)線內(nèi)部是斷開的，將電鍵的，將電鍵S閉合，用多用電表的電壓擋先測量閉合，用多用電表的電壓擋先測量a、b間電壓，間電壓，讀數(shù)不為零，再測量讀數(shù)不為零，再測量a、a間電壓，若讀數(shù)不為零，則一定是間電壓，若讀數(shù)不為零，則一定是_導(dǎo)線斷開；若讀數(shù)為零，則一定是導(dǎo)線斷開；若讀數(shù)為零，則一定是_導(dǎo)線斷開。導(dǎo)線斷開。圖圖14排除故障后，該小組順利完成實(shí)驗(yàn)。通過多次改變滑動變排除故障后，該小組順利完成實(shí)驗(yàn)。通過多次改變滑動變阻器觸頭位置，得到電流表阻器觸頭位置，得到電流表A1和和A2的多組的

20、多組I1、I2數(shù)據(jù)，作出圖數(shù)據(jù)，作出圖象如圖象如圖15。由。由I1I2圖象得到電池的電動勢圖象得到電池的電動勢E_ V，內(nèi)阻內(nèi)阻r_ 。圖圖15解析解析用多用電表的電壓擋檢測電路故障，電壓表的表頭是用多用電表的電壓擋檢測電路故障，電壓表的表頭是電流計(jì)，原電路有斷路，回路中無電流，將電壓表接在電流計(jì)，原電路有斷路，回路中無電流，將電壓表接在a、b間后有示數(shù)，說明電路被接通，即間后有示數(shù)，說明電路被接通，即a、b間有斷路故障，再測間有斷路故障，再測量量a、a間電壓，電壓表讀數(shù)不為零，說明斷路故障的范圍被間電壓，電壓表讀數(shù)不為零，說明斷路故障的范圍被縮小到縮小到a、a間，則一定是間，則一定是aa導(dǎo)線斷開；若讀數(shù)為零，則說明導(dǎo)線斷開；若讀數(shù)為零，則說明電路仍未被接通，電路故障一定是電路仍未被接通，電路故障一定是bb導(dǎo)線斷開。導(dǎo)線斷開。根據(jù)閉合電路的歐姆定律得根據(jù)閉合電路的歐姆定律得EI1(R1r1)(I1I2)(R0r)，I1I2，上式可簡化為，上式可簡化為EI1(R1r1)I2(R0r)，讀出兩點(diǎn)坐標(biāo)：，讀出兩點(diǎn)坐標(biāo)：(60 mA，0.12 mA)和和(260 mA，0.05 mA)，代入方程解得電動，代入方程解得電動勢勢E1.41 V，內(nèi)阻，內(nèi)阻r0.5 。答案答案aabb1.41(1.361.44均可均可)0.5(0.40.6均可均可)