1、第七章 恒定电流实验九 测定电源的电动势和内阻一、实验目的1测定电源的电动势和内阻2加深对闭合电路欧姆定律的理解二、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.突破考点02突破考点01突破考点03高考真题 突破考点01 实验原理与操作【典例1】(2014北京高考)利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻要求尽量减小实验误差(1)应该选择的实验电路是图中的_(选填“甲”或“乙”)谨记 实验电路的选择干电池的内阻很小，电流表应内接.(2)现有电流表(00.6 A)、开关和导线若干，以及以下器材：A电压表(015 V)B电压表(03 V)C滑动变阻器(050)D滑动
2、变阻器(0500)实验中电压表应选用_；滑动变阻器应选用_(选填相应器材前的字母)谨记 实验仪器的选择1干电池的电动势大约为1.5 V，电压表应选择量程为3 V的.2滑动变阻器的选择要注意保证实验的安全性及方便调节的问题.(3)某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出UI图线.序号123456电压U(V)1.451.401.301.251.201.10电流I(A)0.060 0.1200.2400.2600.360 0.480 谨记 根据实验数据作图的能力(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E_V，内电阻r_.(5
3、)实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化下图的各示意图中正确反映PU关系的是_谨记 电源输出功率与路端电压的关系根据电源最大输出功率的条件，当外电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大.此时电压表示数等于电源电动势的一半，选项C正确.【答案】(1)甲(2)B C(3)如图所示(4)1.50(1.491.51)0.83(0.810.85)(5)C1下列给出多种用伏安法测定电源电动势和内阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是()A测出两组I、U的数据，代入方程组EU1I1r和EU2I2r，求出E和rB多测几组I、U的数据，求出几组E、r，
4、最后分别求出其平均值C测出多组I、U的数据，画出UI图象，再根据图象求出E、rD测出多组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r解析：A中只测两组数据求出E、r，偶然误差较大；B中计算E、r平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D中分别求I、U的平均值是错误的做法答案：C2某课外小组在参观工厂时，看到一丢弃不用的电池，同学们想用物理上学到的知识来测定这个电池的电动势和内阻，已知这个电池的电动势约为1113 V，内阻小于3，由于直流电压表量程只有3 V，需要将这只电压表通过连接一固定电阻(用电阻箱代替)，改装为量程为15 V的电压
5、表，然后再用伏安法测电池的电动势和内阻，以下是他们的实验操作过程：(1)把电压表量程扩大，实验电路如图甲所示，实验步骤如下，完成填空第一步：按电路图连接实物第二步：把滑动变阻器滑片移到最右端，把电阻箱阻值调到零第三步：闭合开关，把滑动变阻器滑片调到适当位置，使电压表读数为3 V第四步：把电阻箱阻值调到适当值，使电压表读数为_V第五步：不再改变电阻箱阻值，保持电压表和电阻箱串联，撤去其他线路，即得量程为15 V的电压表(2)实验可供选择的器材有：A电压表(量程为3 V，内阻约2 k)B电流表(量程为3 A，内阻约0.1)C电阻箱(阻值范围09 999)D电阻箱(阻值范围0999)E滑动变阻器(阻
6、值为020，额定电流2 A)F滑动变阻器(阻值为020 k，额定电流0.2 A)电阻箱应选_，滑动变阻器应选_(3)用该扩大了量程的电压表(电压表的表盘没变)，测电池电动势E和内阻r，实验电路如图乙所示，得到多组电压U和电流I的值，并作出UI图线如图丙所示，可知电池的电动势为_V，内阻为_.解析：(1)将3 V电压表改装成15 V电压表，串联电阻箱后的总内阻为原来电压表内阻的5倍，由于滑动变阻器位置不变，分压部分的两端电压仍为3 V，此时电压表两端的电压为0.6 V.(2)改装电压表需要串联大电阻，电阻箱选C；由于用分压电路，滑动变阻器选E.(3)由于电压表改装后量程扩大5倍，将图丙的纵截距扩
7、大5倍，即可根据纵轴截距得电池的电动势为11.5 V，由图线斜率的绝对值可求电池的内阻为2.5.答案：(1)0.6(2)C E(3)11.5 2.5 突破考点02 数据处理与误差分析【典例2】用图所示电路，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、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(阻值范围010、额定电流2 A)；F滑动变阻器(阻值范围0100、额定
8、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_的滑动变阻器谨记 数据的分析和处理、选择合适的实验器材1干电池的电动势为1.5 V，故选量程为3 V的电压表.2实验中要求通过电源的电流不超过0.6 A.3保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表示数的变化范围太小，造成较大的误差.4滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取010 能很好地控制电路中的电流和电压，若取0100 会出现开始几乎不变最后突然变化的现象.(2)引起该实验系统误差的主要原因是_谨记 系统误差产生的原因系统误差一般是由测量工具和测
9、量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小.本实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】(1)3 0.6 1 010(2)由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小3(2014大纲卷)现要测量某电源的电动势和内阻可利用的器材有：电流表，内阻为1.00；电压表；阻值未知的定值电阻R1、R2、R3、R4、R5；开关S；一端连有鳄鱼夹P的导线1，其他导线若干某同学设计的测量电路如图所示(1)按上图在下图中画出连线，并标出导线1和其P端(2)测量时，改变鳄鱼夹P所夹的位置，使R1、R2、R3、R4、R5依次串入电路，记录对应的
10、电压表的示数U和电流表的示数I.数据如下表所示根据表中数据，在下图中的坐标纸上将所缺数据点补充完整，并画出UI图线.I(mA)1931531116930U(V)2.51 2.59 2.682.762.84(3)根据UI图线求出电源的电动势E_V，内阻r_.(保留2位小数)解析：(1)根据实验原理图进行实物图连线，如图所示(2)根据所给数据，描点连线，如图所示(3)在UI图象中，图线与纵轴的交点坐标等于电源的电动势，即E2.90 V；图线的斜率大小等于电源的内阻和电流表内阻之和，则r1.03.答案：(1)见解析(2)见解析(3)2.90 1.034(2013安徽高考)根据闭合电路欧姆定律，用图1
11、所示电路可以测定电池的电动势和内电阻图中R0是定值电阻，通过改变R的阻值，测出R0两端的对应电压U12，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的根据实验数据在 1U12R坐标系中描出坐标点，如图2所示已知R0150，请完成以下数据分析和处理(1)图2中电阻为_的数据点应剔除；(2)在坐标纸上画出 1U12R关系图线；(3)图线的斜率是_(V11)，由此可得电池电动势Ex_V.解析：(1)根据画图描点原则应舍掉80.0 的点(3)根据闭合电路欧姆定律：ExU12U12R0(Rrx)，所以 1U12 1Ex RR0Ex rxExR0，由图可知斜率 1R0Ex4.44103 V11，即Ex1.5
12、0 V.答案：(1)80.0(2)如图所示(3)4.44103 1.50 突破考点03 实验的改进与创新【典例3】(2014福建高考)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理如图甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计改装的电流表，为标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R为滑动变阻器，R0是标称值为4.0 的定值电阻(1)已知灵敏电流计的满偏电流Ig100 A、内阻rg2.0 k，若要改装后的电流表满偏电流为200 mA，应并联一只_(保留一位小数)的定值电阻R1.(2)根据图甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路谨记 连接实物图按照电流的方向依次连接各用电器，最后将电
13、压表和电流计分别并入电路.(3)某次实验的数据如下表所示：测量次数12345678电压表读数U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改装表读数I/mA20406080100120140160该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法)，计算出电池组的内阻r_(保留两位小数)；为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是_(4)该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大若测量过程无误，则
14、内阻测量值总是偏大的原因是_(填选项前的字母)A电压表内阻的影响B滑动变阻器的最大阻值偏小CR1的实际阻值比计算值偏小DR0的实际阻值比标称值偏大【答案】(1)1.0(2)如图所示(3)1.66 充分利用已测得的数据(4)CD5为了测定电源电动势E、内电阻r的大小并同时描绘出小灯泡的伏安特性曲线，某同学设计了如图甲所示的电路闭合开关，调节电阻箱的阻值，同时记录电阻箱的阻值R，电压表V1的示数U1，电压表V2的示数U2.根据记录数据计算出流过电阻箱的电流I，分别描绘了a、b两条UI图线，如图乙所示请回答下列问题：(1)写出流过电阻箱的电流I的表达式：_；(2)小灯泡两端电压随电流变化的图象是_(
15、选填“a”或“b”)；(3)根据图乙可以求得电源的电动势E_V，内电阻r_，该电路中小灯泡消耗的最大功率为_W.解析：(1)首先要明白电路的组成：电源、开关、电阻箱、灯泡串联成闭合回路，电压表 V1 测灯泡两端电压，电压表 V2测路端电压电阻箱两端电压为 UU2U1，电阻箱阻值为 R，所以流过电阻箱的电流 IU2U1R；(2)小灯泡两端电压随电流的增大而增大，所以选图线 b；图线 a 为电源路端电压随电路中电流变化的关系图线；(3)图线 a 与纵轴的交点为电源的电动势 3.0 V，图线 a 的斜率为电源的内阻 r2.0，图线 a、b 的交点表示 U1U2，即电阻箱的阻值为 0，此时小灯泡消耗的
16、功率最大，PUI1.0 W.答案：(1)IU2U1R(2)b(3)3.0 2.0 1.06在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表(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”)(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”)方案编号电阻箱的阻值 R/1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0(3)根据实验数据描点，绘出的1UR 图象是一条直线若直线的斜率为 k，在1U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)解析：(1)实验中电阻箱起到改变电路的总电阻和分压作用，为了确保仪器的安全，一般将电阻箱的电阻先调到最大值(2)由于定值电阻 R010，若选用方案 1，则电压表的示数较小，示数变化范围也很小，所以选用方案 2.(3)由题意可得 EUR0(R0Rr)，变形为1U 1ER0RR0rER0，由题意得斜率 k 1ER0，截距 bR0rER0，解得 E 1kR0，rbkR0.答案：(1)最大值(2)2(3)1kR0 bkR0温示提馨请 做：高考真题（点击进入）