1、选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）实验九 测定电源的电动势和内阻一、实验目的(1)掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法。(2)学会用图像法求电源的电动势和内阻。二、实验原理1实验依据闭合电路欧姆定律。2实验电路如下图所示选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）3E和r的求解由UEIr4作图法数据处理如下图所示。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）三、实验器材电池(被测 电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等。四、实验步骤(1)电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按图连接好电路。(2)把变阻器的滑片移动到使
2、阻值最大的一端。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）(3)闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)。用同样方法测量出多组I、U值。填入表格中。(4)断开开关，拆除电路，整理好器材。五、数据处理本实验中数据的处理方法：一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法。第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）方法一：联立六组对应的U、I数据，数据满足关系式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
3、电动势E和内阻r的大小。方法二：在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U I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)，直线的斜率绝对值即为电池的内阻r，即r|。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）六、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干电池)。(2)在实验时，电流不能过大，通电时间不能太长，以免对E与r产生较大影响。(3)要测出不少于6组的(I，U)数据，且变化范围要大
4、些，然后用方程组求解，并求平均值。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）(4)画UI图线时，由于读数的偶然误差，描出的点不在一条直线上，在作图时应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去。这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。(5)由于干电池的内阻较小，路端电压U的变化也较小，这时画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，而图线与纵轴的截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK
5、）七、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)用图像法求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。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）(1)如图甲所示，在理论上EU(IVIA)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，IV越大。结论：当电压表示数为零时，IV0，IAI短，短路电流测量值真实值。E测E真。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）选修31 第七章 直流电路高考总复习
6、物理（JK）(2)若采用如图甲所示的电路，IA为电源电流真实值，理论上有EUUAIAr，其中UA不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，UA越大，当电流为零时，UA0，电压为准确值，等于E。结论：E为真实值。I短测I短真。因为r测所以r测r真，r测为r真和RA的串联值，由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的测量误差非常大。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）【例1】某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势E。(1)先直接用多用电表测定该电池电动势。在操作无误的情况下，多用电表表盘示数如图，其示数为_V。(2)然后，用电压表、电阻箱R、定值电阻R0、开关S、若干导线和该电池组成
7、电路，测定该电池电动势。()根据电路图，用笔画线代替导线，将实物图连接成完整电路。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）()闭合开关S，调整电阻箱阻值R，读出电压表 相应示数U。该学习小组测出大量数据，分析筛选出下表所示的R、U数据，并计算出相应的的值。请用表中数据在坐标纸上描点，并作出图线。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）()从图线中可求得E_V。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）【自主解答】_【解析】(1)选择中间标尺，10 V量程最小刻度为0.2 V因此示数为V9.4 V。(2)()依电路图连接实物图如图所示选修31 第七章 直流电路高考总复
8、习 物理（JK）()据表格数据描点所作图像如图所示【答案】(1)9.4(2)()实物连线见解析()图线见解析()10.0(9.511.1均可)选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）【例2】(2014中山模拟)小明要测定一电源的电动势E和 内电阻r，实验器材有：一只DIS电流传感器(可视为理想电流表，测得的电流用I表示)，一只电阻箱(阻值用R表示)，一只开关和导线若干。该同学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集数据。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）(1)小明设计该实验的原理表达式是_(用E、r、I、R表示)；(2)小明在闭合开关之前，应先将电阻箱阻值调至_(选填“最
9、大值”“最小值”或“任意值”)，在实验过程中，将电阻箱调至图乙所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为_；选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）(3)小明根据实验采集到的数据作出如图丙所示的R图像，则 由 图 像 求 得 该 电 源 的 电 动 势 E _V，内 阻 r_。(结果均保留两位有效数字)【自主解答】_【解析】(1)在闭合电路中，E、I、R、r几个量之间的关系是EI(Rr)。(2)为了整个电路的安全，开始电流要小，即电阻箱电阻调到最大值；题图乙电阻箱读数为25。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）【答案】(1)EI(Rr)(2)最大值25(3)6.0(5.86
10、.2均可)2.4(2.32.5均可)选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）1如图所示是根据某次实验记录的数据画出的U I图线，关于此图线，下列的说法中正确的是()A纵轴的截距表示电源的电动势，即E3.0 VB横轴的截距表示电源的短路电流，即I短0.6 AC电源的内阻r5 D电源的内阻r1.0【答案】AD选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）2.(2014淮南月考)用如图所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：(a)电流表(量程0.6 A、
11、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)；选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）(d)定值电阻(阻值10、额定功率10 W)；(e)滑动变阻器(阻值范围010、额定电流2 A)；(f)滑动变阻器(阻值范围0100、额定电流1 A)。那么(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择_V，电流表的量程应选择_A；R0应选择_的定值电阻，R应选择阻值范围是_的滑动变阻器。(2)引起该实验系统误差的主要原因是_。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）【解析】(1)一节干电池的电动势1.5 V，电压表选3 V的量程，因实验要求的电流不要
12、太大，电流表选0.6 A的量程，又因为实验要求电流表指针偏转角度不易太小，定值电阻选1，又因对滑动变阻器要求便于调节，所以滑动变阻器选010。(2)电压表读出的是路端电压，电流表的读数IA，干路电流IIAIV，误差的主要原因是电压表的分流作用。【答案】(1)30.61010(2)电压表的分流选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）3某同学采用如图(甲)所示的电路测定电源电动势和内阻，已知干电池的电动势为1.5 V左右，内阻为1 左右，电压表(03 V，3 k)，电流表(00.6 A，1.0)，滑动变阻器有R1(010，2 A)和R2(0100，0.1 A)各一只。(1)在实验中滑动变
13、阻器应选用_(填“R1”或“R2”)。(2)在图(乙)中用笔画线代替导线连接实物图。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）【解析】(1)R2允许通过的最大电流为0.1 A，不能满足实验的要求，再者为了实验中便于调节，滑动变阻器应选R1；(2)实物连接图如图所示：【答案】(1)R1(2)见解析选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）4在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用的电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图所示的实物电路。(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到_。(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）
14、(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R010 的定值电阻两端的电压U，下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是_。(选填“1”或“2”)(3)根据实验数据描点，绘出的R图像是一条直线。若直线的斜率为k，在坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E_，内阻r_。(用k、b和R0表示)【答案】(1)最大值(2)2(3)方案编号电阻箱的阻值R/1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）5(2013浙江理综)采用如图所示的电路“测定电池的电动势和内阻”。(1)除了选用照片中的部分器材外，_(填选项)；A
15、还需要电压表 B还需要电流表C还需要学生电源D不再需要其他器材选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）(2)测量所得数据如下：用作图法求得电池的内阻r_；(3)根据第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻RA_。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）【解析】(1)由电路图可知为伏安法测电池电动势和内阻的实验，因此还需要电压表，应选A。(2)作图如下，由UEIr可知图线的斜率为内阻，即r(0.750.10)。(3)由第5次所测数据RRA0.62 得RA(0.620.4)0.22。【答案】(1)A(2)见解析(3)0.22 选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）6(
16、2013德州模拟)某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一节1.5 V的干电池外，还有一个方形的电池(层叠电池)。为了测定该电池的电动势和内电阻，实验室中提供如下器材：A电流表A1(满偏电流10 mA，内阻10)；B电流表A2(00.6 A，内阻未知)；C滑动变阻器R0(0100，1 A)；D定值电阻R(阻值990)；E开关与导线若干。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）该同学根据现有的实验器材，设计了如图甲所示的电路，图乙为该同学根据上述设计的实验电路测出多组数据并绘出的I1 I2图线(I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数)，则由图线可以得到被测
17、电池的电动势E_V，内阻r_。(结果保留两位有效数字)选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）【答案】9.010选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）7在“测定电池的电动势和内阻”的实验中(1)第一组同学利用如图甲所示的实验装置测量，电压表应选择量程_(填“3 V”或“15 V”)，实验后得到了如图乙所示的UI图像，则电池内阻为_。(电压表、电流表均为理想电表)选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）(2)第二组同学也利用图甲的实验装置测量另一节干电池，初始时滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上电键后发现P向左滑过一段距离后电流表才有示数。设滑片P
18、向左滑动的距离为x，该组同学分别作出了电压表读数U与x、电流表读数I与x的关系图，如图丙所示，则根据图像可知，电池的内阻为_。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）【解析】(1)考虑到实验的精确度，电压表量程应选3 V，由图像：r|1.50。(2)由Ux图知，当x5 cm时，U1.50 V不变，说明断点就在x5 cm处，且电动势E1.50 V；当x5 cm时，I0.15 A。由EUIr知：1.501.350.15r，所以算得r1.0。【答案】(1)3 V1.50(2)1.0选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）8某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作
19、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。实验器材如下图所示。选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）(1)测量E和r的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U和流过电源的电流I，依据公式_，利用测量数据作出UI图像，得出E和r。(2)将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在题图中用笔画线代替导线连接电路。(3)实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图像如图中(a)、(b)、(c)、(d)所示，由此可知：选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势_(
20、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)选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）【解析】(1)根据欧姆定律，路端电压等于电动势减去内电压，即UEIr。(2)该实验要求路端电压测量准确，故电压表应直接接在电源的两端，滑动变阻器只需能改变路端电压的值即可，故采用限流式接法。(3)根据图像，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，选修31 第七章 直流电路高考总复习 物理（JK）当电流为0.8 mA时，路端电压为0.592 V，由UEIr计算得r478；当外电路总电阻为2 500，则路端电压为UE0.819 V，输出功率P W0.268 mW。【答案】(1)UEIr(2)如图所示(3)不变 增大0.9754780.268
