1、实验十二测量电源的电动势和内阻【实验过程】1连接电路：电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按实验电路图连接好电路。2测量与记录：(1)把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端。(2)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)。(3)用同样方法测量出多组I、U值，填入数据记录表格中。(4)断开开关，拆除电路，整理好器材。【数据处理】设计表格，将测得的六组U、I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/VI/A方法一：计算法由UEIr列多个方程组求解，再求E、r的平均值。方法二：图象法以路端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建坐标系、描点、连线，纵轴截距为电
2、动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r。【误差分析】1偶然误差：(1)读数不准引起误差。(2)用图象法求E和r时，由于作图不准确造成误差。2系统误差：(1)若采用甲图电路，由于电压表的分流作用造成误差，电压值越大，电压表的分流越多，对应的I真与I测的差越大，Iv。其UI图象如乙图所示。结论：E测E真，r测r真。【注意事项】(1)为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池。(2)电流不要过大，应小于0.5 A，读数要快。(3)要测出不少于6组的(I，U)数据，变化范围要大些。(4)若UI图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r|确定。(5)电流表要相对电源外接(因为
3、r很小)。【实验创新】测量电源的电动势和内阻，常用电流表外接法和内接法，在电源内阻比较小时用外接法，在电源内阻比较大时用内接法。本实验的创新有三个视角。视角一：利用电表改装视角二：电流表拉力敏感电阻丝视角三：定值电阻扩大电源内阻教材原型实验【典例1】在做测量一只蓄电池(电动势约为2.2 V，内阻很小)的电动势和内阻的实验时，备有下列器材供选用：A定值电阻(阻值为R11 )B定值电阻(阻值为R220 )C直流电流表(量程00.6 A或03 A，内阻约为0.2 )D直流电压表(量程03 V或015 V，内阻约为5 k)E滑动变阻器(阻值范围010 )F滑动变阻器(阻值范围01 000 )G开关H导
4、线若干(1)实验电路如图甲所示，为防止电源短路，用作保护电阻的定值电阻应选用_(选填“A”或“B”)；滑动变阻器应选用_(选填“E”或“F”)。(2)某同学将选定的器材完成了实验电路的连接，闭合开关后发现无论怎样移动滑片P，电压表示数约为2.2 V不变，电流表的示数始终为零，则电路故障可能是下述中的_。Ab、c间断路Ba、P间某点电阻丝断路CP与电阻丝未接通 D保护电阻断路(3)某小组按正确的操作步骤完成实验，根据实验记录，将测量数据描点如图乙，请在图乙中作出相应图象。则待测蓄电池的电动势E为_V，内阻r为_。(结果均保留两位有效数字)创新型实验类型一不变目的变装置(利用电表改装)【典例2】某
5、探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r11.0 k，电阻箱阻值R19.0 k，为了方便读数和作图，给电池串联一个R03.0 的电阻。(1)按图示电路进行连接后，发现aa、bb两条导线中，混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的，将电键S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b间电压，读数不为零，再测量a、a间电压，若读数不为零，则一定是_导线断开；若读数为零，则一定是_导线断开。(2)排除故障后，该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如图。由I1I2图象得到电池的电动势E_V，内
6、阻r_。类型二不变目的变装置(电流表拉力敏感电阻丝)【典例3】某同学用如图甲所示电路测量某电源的电动势和内阻，电路中AB段为拉力敏感电阻丝。拉力敏感电阻丝的阻值R随拉力F线性变化，其线性关系为RL1510F，单位为。(1)待测电源的电动势E约为5 V，内阻r约为2 ，电流表应选择_。(填序号)A量程00.6 A，内阻RA0.2 B量程03 A，内阻RA0.05 (2)改变拉力F的大小，记录电流表读数I，测得多组数据，作出F图象，如图乙所示。由图象可得待测电源的电动势E_V，内阻r_。(结果均保留两位有效数字)(3)如图丙所示为一灯泡的伏安特性曲线，现将若干个这种灯泡并联之后与上述的电源直接连接
7、，则并联_只灯泡可使电源的输出功率最大。类型三不变装置变目的(定值电阻扩大电源内阻)【典例4】要测量一个电源的电动势和内电阻，给定下列实验器材：A待测电源(电动势约8 V，内阻约2 )B电流表A(量程0.6 A，内阻约1 )C电压表V(量程3 V，内阻为2 k)D滑动变阻器R(阻值范围020 )E定值电阻R14 kF定值电阻R220 开关及导线实验要求电流表和电压表的最大读数都要超过量程的一半。(1)若定值电阻选R1，画出其实验电路。(2)若定值电阻选R2，画出其实验电路。开关及导线实验要求电流表和电压表的最大读数都要超过量程的一半。(1)若定值电阻选R1，画出其实验电路。(2)若定值电阻选R
8、2，画出其实验电路。(3)若选电阻R2设计电路，调节滑动变阻器R，分别得到两组电压、电流对应值U1、I1和U2、I2，则待测电源的电动势E_；内阻r_。由此计算出的电源内阻相对真实值_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。答案解析教材原型实验【典例1】在做测量一只蓄电池(电动势约为2.2 V，内阻很小)的电动势和内阻的实验时，备有下列器材供选用：A定值电阻(阻值为R11 )B定值电阻(阻值为R220 )C直流电流表(量程00.6 A或03 A，内阻约为0.2 )D直流电压表(量程03 V或015 V，内阻约为5 k)E滑动变阻器(阻值范围010 )F滑动变阻器(阻值范围01 000 )G开关H导
9、线若干(1)实验电路如图甲所示，为防止电源短路，用作保护电阻的定值电阻应选用_(选填“A”或“B”)；滑动变阻器应选用_(选填“E”或“F”)。(2)某同学将选定的器材完成了实验电路的连接，闭合开关后发现无论怎样移动滑片P，电压表示数约为2.2 V不变，电流表的示数始终为零，则电路故障可能是下述中的_。Ab、c间断路Ba、P间某点电阻丝断路CP与电阻丝未接通 D保护电阻断路(3)某小组按正确的操作步骤完成实验，根据实验记录，将测量数据描点如图乙，请在图乙中作出相应图象。则待测蓄电池的电动势E为_V，内阻r为_。(结果均保留两位有效数字)【解析】(1)蓄电池的电动势为2.2 V，如果选用B，由于
10、B的阻值较大，电路电流太小，不利于电表读数，故保护电阻选用A；为了调节方便，滑动变阻器应选最大阻值较小的E。(2)若b、c间断路，则电路断路，电流表示数为零，电压表与电源两极相连，电压表示数接近电源电动势，A正确；若a、P间某点电阻丝断路，则电路为通路，电流表示数不是始终为零，B错误；若P与电阻丝未接通，则电流表示数为零，电压表与电源两极相连，电压表示数接近电源电动势，C正确；若保护电阻断路，则电路断路，电流表示数为零，电压表示数也为零，D错误。(3)连线时让尽可能多的点在同一条直线上，不在直线上的点对称分布在直线两侧，太远的点舍去，如图所示。由闭合电路欧姆定律得EUI(R1r)，解得UEI(
11、R1r)，由图知，蓄电池的电动势为E2.2 V，R1r| 1.50 ，r1.50 R10.50 。答案：(1)AE(2) A、C(3)图见解析2.2(2.12.3)0.50(0.400.60)创新型实验类型一不变目的变装置(利用电表改装)【典例2】某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r11.0 k，电阻箱阻值R19.0 k，为了方便读数和作图，给电池串联一个R03.0 的电阻。(1)按图示电路进行连接后，发现aa、bb两条导线中，混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的，将电键S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b间电压，读数不为零，再
12、测量a、a间电压，若读数不为零，则一定是_导线断开；若读数为零，则一定是_导线断开。(2)排除故障后，该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如图。由I1I2图象得到电池的电动势E_V，内阻r_。【解析】(1)用多用电表的电压挡检测电路故障，电压表的表头是电流计，原电路有断路，回路中无电流，将电压表接在a、b间后有示数，说明电路被接通，即a、b间有断路故障，再测量a、a间电压，电压表读数不为零，说明断路故障的范围被缩小到a、a间，则一定是aa导线断开；若读数为零，则说明电路仍未被接通，电路故障一定是bb导线断开。(2)根据闭合电路的
13、欧姆定律得EI1(R1r1)(I1I2)(R0r)，I1I2，上式可简化为EI1(R1r1)I2(R0r)，读出两点坐标：(60 mA，0.12 mA)和(260 mA，0.05 mA)，代入方程解得电动势E1.41 V，内阻r0.5 。答案：(1)aabb(2)1.41(1.361.44均可)05(0.40.6均可)【创新解读】(1)本实验中电流表与电阻箱串联，改装成一个电压表，突出了对改装原理的应用和理解。(2)由常规的UI图象，改为对I1I2图象的理解及应用。类型二不变目的变装置(电流表拉力敏感电阻丝)【典例3】某同学用如图甲所示电路测量某电源的电动势和内阻，电路中AB段为拉力敏感电阻丝
14、。拉力敏感电阻丝的阻值R随拉力F线性变化，其线性关系为RL1510F，单位为。(1)待测电源的电动势E约为5 V，内阻r约为2 ，电流表应选择_。(填序号)A量程00.6 A，内阻RA0.2 B量程03 A，内阻RA0.05 (2)改变拉力F的大小，记录电流表读数I，测得多组数据，作出F图象，如图乙所示。由图象可得待测电源的电动势E_V，内阻r_。(结果均保留两位有效数字)(3)如图丙所示为一灯泡的伏安特性曲线，现将若干个这种灯泡并联之后与上述的电源直接连接，则并联_只灯泡可使电源的输出功率最大。【解析】(1)由RL1510F()可知，当F0 N时，RL最小为15 ，此时I最大，大约为Imax
15、 A0.29 A，所以电流表选A。(2)由闭合电路欧姆定律得I，可得F，由F图象可知，斜率k2.5，可得E4.0 V；图线的纵轴截距b4.0，解得r0.80 。(3)当外电路的总电阻R等于电池内阻r时，电源的输出功率最大，即Rr0.80 ，此时U外2 V，干路电流I总2.5 A，由灯泡的UI图象可知，此时一个灯泡中的电流I01.25 A，又I0，可得n2。答案：(1)A(2)4.00.80(3)2【创新解读】(1)本题利用拉力敏感电阻丝取代电阻箱测量电源电动势和内阻。(2)由常规的UI图象，改为对F图象的理解及应用。类型三不变装置变目的(定值电阻扩大电源内阻)【典例4】要测量一个电源的电动势和
16、内电阻，给定下列实验器材：A待测电源(电动势约8 V，内阻约2 )B电流表A(量程0.6 A，内阻约1 )C电压表V(量程3 V，内阻为2 k)D滑动变阻器R(阻值范围020 )E定值电阻R14 kF定值电阻R220 开关及导线实验要求电流表和电压表的最大读数都要超过量程的一半。(1)若定值电阻选R1，画出其实验电路。(2)若定值电阻选R2，画出其实验电路。开关及导线实验要求电流表和电压表的最大读数都要超过量程的一半。(1)若定值电阻选R1，画出其实验电路。(2)若定值电阻选R2，画出其实验电路。(3)若选电阻R2设计电路，调节滑动变阻器R，分别得到两组电压、电流对应值U1、I1和U2、I2，
17、则待测电源的电动势E_；内阻r_。由此计算出的电源内阻相对真实值_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。【解析】(1)因电源电动势为8 V，而电压表量程为3 V，若定值电阻选R1，则需将定值电阻与电压表串联，相当于将电压表扩大量程，则其实验电路如图1所示。(2)若定值电阻选R2，则由于电压表和电流表的量程都相对较小，可将R2与电源串联，相当于增加了电源内阻值，电路如图2所示。(3)由闭合电路的欧姆定律：U1EI1(R2r)；U2EI2(R2r)；联立解得：E；rR2；由电路图可得，电压表测路端电压，但由于电压表的分流作用，使电流表的测量值小于真实值；实验误差是由于电压表的分流造成的；当外电路短路时，电压表不分流，故短路电流相同；而测量的电压值要小于真实值；故作出测量值和真实值的图象如图所示；由图示可知，伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法，由于电压表分流作用，电流表测量值偏小，当外电路短路时，电流测量值等于真实值，电源的UI图象如图所示，由图象可知，电动势测量值小于真实值，电源内阻测量值小于真实值。答案：(1)(2)如解析图所示(3)R2偏小【创新解读】(1)为使电表示数变化明显，将R2与电源串联，相当于增加了电源内阻值。(2)利用电源的UI图象来分析实验的误差，思路简洁清晰。
