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1、實 驗 九 測 定 電 源 的 電 動 勢 和 內(nèi) 阻 實 驗 準 備實 驗 目 的掌握用電壓表和電流表測量電池電動勢和內(nèi)阻的方法，學(xué)會利用圖象法進行處理數(shù)據(jù)的方法.實 驗 原 理 UEIr如圖 S9-1 所示，改變 R 的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組 U、I 值，利用_求出幾組 E、r 值，最后分別算出它們的平均值.圖 S9-1 實 驗 器 材電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、電鍵、導(dǎo)線若干、坐標紙.實 驗 過 程實 驗 步 驟(1)電流表用 0.6 A 量程，電壓表用 3 V 量程，按圖連接好電路.最大(2)把滑動變阻器的滑片移到使阻值_一端.(3)閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯
2、的示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(I，U)，用同樣方法測量幾組 I、U 值，記錄在表格中. (4)斷開開關(guān)，整理器材.(5)處理數(shù)據(jù)，求出電源的電動勢和內(nèi)阻的阻值.數(shù) 據(jù) 處 理(1)利用多組(I，U)值畫出 I-U 圖象.(2)利用圖象得出電源的電動勢，計算出電源的內(nèi)阻.實 驗 分 析誤 差 分 析由于實驗電路及電壓表、電流表內(nèi)阻的影響，本實驗結(jié)果E 測E真，r測r真. 注 意 事 項(1)為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻應(yīng)大些(選用已使用過一段時間的干電池).(2)電池在大電流放電時極化現(xiàn)象較嚴重，電動勢 E 會明顯下降，內(nèi)阻 r 會明顯增大，故長時間放電不宜超過 0.3 A，短時間放電不宜超
3、過 0.5 A，因此，實驗中不要將 R 調(diào)得過小，讀數(shù)要快，每次讀完應(yīng)立即斷電. 【 基 礎(chǔ) 檢 測 】(2014 年 廣 東 深 圳 二 模 )為測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻.現(xiàn)提供如下儀器：A.電壓表B.電流表(量程 2 V，內(nèi)阻約 8 k)(量程 0.6 A，內(nèi)阻 rA0.8 )C.滑動變阻器(020 )D.開關(guān)E.若干導(dǎo)線 (1)如圖 S9-2 甲、乙所示，為準確測定干電池的電動勢和內(nèi)阻，應(yīng)選擇圖_(填“甲”或“乙”).(2) 閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片應(yīng)調(diào)至_ 端( 填“左”或“右”).(3)移動變阻器的滑片，得到幾組電壓表和電流表的示數(shù)，描繪成如圖丙所示的 U-I 圖象.從圖線的
4、截距得出干電池的電動勢為 1.40 V 的理論依據(jù)是_.(4)利用圖丙可得到干電池的內(nèi)阻為_.(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 甲乙丙圖 S9-2(2)左(3)斷路時路端電壓等于電源電動勢答 案 ： (1)甲(4)0.63 考 點 圖 象 法 求 電 源 電 動 勢 和 內(nèi) 電 阻 重 點 歸 納1.在坐標紙上以 I 為橫坐標、U 為縱坐標，用測出的幾組 I、U 值，畫出 U-I 圖象.如圖 S9-3 所示，所得直線的縱截距即為電源電動勢的值，圖線斜率的絕對值即為內(nèi)阻 r 的值.圖 S9-3 2.畫 U-I 圖線時，要使較多的點落在這條直線上或各點均勻分布在直線的兩側(cè)，個別偏離直線太遠的點可舍去.
5、這樣可使偶然誤差得到部分抵消，提高精確度.3.計算內(nèi)阻要在直線上任取兩個相距較遠的點，用公式計算出電源的內(nèi)阻 r.4.測量電路存在系統(tǒng)誤差.如圖S9-4中所示I真I測IV，未考慮電壓表的分流.圖 S9-4 典 例 剖 析例 1： (2014 年 新 課 標 卷)利用如圖 S9-5 所示電路，可以測量電源的電動勢和內(nèi)阻，所用的實驗器材有：待測電源，電阻箱 R(最大阻值為 999.9 )，電阻 R0(阻值為 3.0 )，電阻 R1(阻值為 3.0 )，電流表 (量程為 200 m A，內(nèi)阻為 RA6.0 )，開關(guān) S.圖 S9-5 實驗步驟如下：將電阻箱阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān) S；多次調(diào)節(jié)電阻箱，
6、記下電流表的示數(shù) I 和電阻箱相應(yīng)的阻值 R；求出直線的斜率 k 和在縱軸上的截距 b.回答下列問題：系式為_. R/ 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0I/A 0.143 0.1250.100 0.091 0.084 0.0776.99 8.0010.0 11.0 11.9 13.0(2)實驗得到的部分數(shù)據(jù)如下表所示，其中電阻 R3.0 時電流表的示數(shù)如圖 S9-6 所示，讀出數(shù)據(jù)，完成下表.答：_；_. 圖 S9-6圖 S9-7(4)根據(jù)圖象求得電源電動勢 E_V，內(nèi)阻 r_.(3)在如圖S9-7所示的坐標紙上將所缺數(shù)據(jù)點補充完整并作圖，根據(jù)圖象求得斜率k_A11，截距
7、b_A1. 思 維 點 撥 ： (1)根 據(jù) 閉 合 電 路 歐 姆 定 律 求 出 函 數(shù) 表 達 式 .(2)根 據(jù) 坐 標 系 內(nèi) 描 出 的 點 作 出 圖 象 .(3)根 據(jù) 函 數(shù) 表 達 式 與 圖 象 求出 電 源 電 動 勢 與 內(nèi) 阻 .(2)由 題 意 知 該 電 流 表 的 最 小 分 度 為 2 m A， 由 題 圖 S9-8可 得 讀 數(shù) 為 110 m A， 考 慮 到 表 格 內(nèi) 各 組 數(shù) 據(jù) 的 單 位 及 有 效 數(shù) 字 圖 S9-8A 1 1 1.0 A 1 1， b 6.0 A 1. (3)如圖 S9-8 所示. 1.0 6.0 (4)3.0 1.0備
8、 考 策 略 ： 在 測 電 源 電 動 勢 和 內(nèi) 阻 的 實 驗 中 ， 應(yīng) 用 圖 象 處理 實 驗 數(shù) 據(jù) 考 得 比 較 多 ， 一 般 是 用 伏 特 表 和 安 培 表 配 合 測 量 電動 勢 和 內(nèi) 阻 ， 變 化 量 是 U 和 I， 由 閉 合 電 路 歐 姆 定 律 變 形 得 U E-Ir， 所 以 用 U-I 圖 象 分 析 ， 在 U 軸 上 的 截 距 表 示 電 動 勢 ， 【 考 點 練 透 】1.(2015 年 安 徽 卷 )某同學(xué)為了測量一節(jié)電池的電動勢和內(nèi)阻，從實驗室找到以下器材，一個滿偏電流為 100 A，內(nèi)阻為2500 的表頭，一個開關(guān)，兩個電阻箱
9、(0999.9 )和若干導(dǎo)線.(1)由于表頭量程偏小，該同學(xué)首先需要將表頭改裝成量程為 50 m A 的電流表，則應(yīng)將表頭與電阻箱_(填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)，并將電阻箱阻值調(diào)為_. 項目1 2 3 4 5 6R/ 95.0 75.0 55.0 45.0 35.0 25.0I/m A 15.0 18.7 24.8 29.5 36.0 48.0IR/V 1.42 1.40 1.36 1.33 1.26 1.20(2)接著該同學(xué)用改裝的電流表對電池的電動勢和內(nèi)阻進行測量，實驗電路圖如圖 S9-9 所示，通過改變電阻 R 測相應(yīng)的電流 I，并且作相關(guān)計算后記錄數(shù)據(jù)如下表：圖 S9-9 根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，
10、圖 S9-10 中已描繪出四個點，請將第5、 6 兩組數(shù)據(jù)也描繪在圖中，并畫出 IR-I 圖線.圖 S9-10根據(jù)圖象可得電池的電動勢 E_V ，內(nèi)阻 r_. 解 析 ： (1)把 小 量 程 的 電 流 表 改 裝 成 大 量 程 的 電 流 表 需 并 聯(lián)小 電 阻 ， 由 并 聯(lián) 的 特 點 ， 電 壓 相 等 (I Ig)R IgRg， 得 R 5.0 (2)如 圖 所 示 ， 由 E IR I(r RA)得 IR E I(r RA)， 縱 截距 為 電 源 的 電 動 勢 E. 5.0答 案 ： (1)并聯(lián)1.53 2.0 (2)如圖 D38 所示.圖 D38 2.(2014 年 海
11、 南 卷 )用伏安法測量一電池的內(nèi)阻.已知該待測電池的電動勢 E 約為 9 V，內(nèi)阻約數(shù) 10 ，允許輸出的最大電流為 50 m A.可選用的實驗器材有：電壓表(量程 5 V)；電壓表(量程 10 V)；電流表(量程 50 m A)；電流表(量程 100 m A)；滑動變阻器 R(最大阻值 300 )；定值電阻 R 1(阻值為 200 ，額定功率為 1/8 W)；定值電阻 R2(阻值為 200 ，額定功率為 1 W)；開關(guān) S；導(dǎo)線若干. 測量數(shù)據(jù)如圖 S9-11 坐標紙上的 U-I 圖象所示.圖 S9-11(1)在虛線方框內(nèi)畫出合理的電路原理圖，并標明所選器材的符號. (2)在設(shè)計的電路中，
12、選擇定值電阻的根據(jù)是_.(3)由 U-I 圖線求得待測電池的內(nèi)阻為_.(4)在你設(shè)計的實驗電路中，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因是_. 解 析 ： 該 實 驗 通 過 電 源 的 輸 出 特 性 曲 線 計 算 電 源 內(nèi) 阻 .電 源允 許 輸 出 的 最 大 電 流 為 50 m A， 故 電 流 表 選 擇 ， 電 源 電 動 勢， 考 慮 到 電 流 和 功 率 ， 保 護 電 阻 選約 為 9 V， 故 電 壓 表 選 擇R2. (4)該 實 驗 中 的 干 路 電 流 應(yīng) 為 電 流 表 的 讀 數(shù) 加 上 通 過 電 壓表 的 電 流 ， 故 該 實 驗 的 系 統(tǒng) 誤 差 來 源 為
13、忽 略 了 電 壓 表 的 分 流 ，從 而 使 干 路 電 流 測 量 值 偏 小 .答 案 ： (1)如圖 D39 所示.圖 D39(3)51.0(49.053.0 范圍內(nèi)的均正確)(4)忽略了電壓表的分流 易 錯 點 電 池 的 U I圖 象例 2： (多 選 )如圖 S9-12 所示是某電源的路端電壓與電流的)U-I 圖象，下列說法正確的是(A.該電源的電動勢是 2.8 VB.該電源的短路電流是 1.0 AC.該電源的內(nèi)阻是 2.8 D.該電源的內(nèi)阻是 0.8 圖 S9-12 錯 解 分 析 ： 錯 選 B、 C， 誤 把 圖 線 與 I 軸 的 截 距 當 成 了 短 路電 流 .錯
14、 誤 原 因 是 沒 有 理 解 短 路 電 流 是 路 端 電 壓 為 零 時 的 電 流 ，內(nèi) 阻 ， 而 錯 選 C.正 解 分 析 ： 圖 線 與 U 軸 的 交 點 表 示 電 流 為 零 時 的 路 端 電 壓 ，即 是 電 動 勢 E， A 項 正 確 ； 電 流 為 1.0 A 時 的 路 端 電 壓 是 2.0 V，所 以 電 源 的 短 路 電 流 應(yīng) 該 大 于 1.0 A， B 項 錯 誤 ； 電 源 的 內(nèi) 阻 是誤 ， D 正 確 .故 選 A、 D.答 案 ： AD 指 點 迷 津 ： 在 做“測 定 電 源 電 動 勢 和 內(nèi) 阻”實 驗 中 ， 由 于干 電
15、池 的 內(nèi) 阻 較 小 ， 斜 率 太 小 ， 所 以 描 點 及 所 連 線 的 下 部 分 空間 得 不 到 利 用 ， 誤 差 太 大 ， 為 此 ， 可 使 縱 坐 標 (U 軸 )不 從 零 開 始 ，把 坐 標 比 例 放 大 ， 以 減 小 誤 差 ， 所 以 這 樣 畫 出 的 圖 線 與 橫 軸 (I軸 )的 交 點 并 不 是 路 端 電 壓 為 零 時 的 電 流 ， 即 不 是 短 路 電 流 .但 與縱 坐 標 (U 軸 )的 交 點 表 示 電 流 為 零 時 的 電 壓 ， 還 是 表 示 電 動 勢 E.對 于 電 源 的 U-I 圖 象 ， 應(yīng) 正 確 地 理
16、 解 其 物 理 意 義 ， 不 能 死 記 結(jié)論 ， 生 搬 硬 套 ， 應(yīng) 從 閉 合 電 路 歐 姆 定 律 來 理 解 ， 電 動 勢 等 于 開路 時 的 路 端 電 壓 ， 即 圖 象 中 對 應(yīng) 電 流 為 零 時 的 路 端 電 壓 為 電 源電 動 勢 ， 而 電 壓 為 零 時 的 電 流 為 外 電 路 短 路 時 的 電 流 . 【 觸 類 旁 通 】1.(2016 年 黑 龍 江 牡 丹 江 期 中 )為了測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，某同學(xué)采用了伏安法，現(xiàn)備有下列器材：A.被測干電池一節(jié)B.電流表 1：量程 00.6 A，內(nèi)阻 r0.3 C.電流表 2：量程 03
17、A，內(nèi)阻約為 0.1 D.電壓表 1：量程 03 V，內(nèi)阻未知E.電壓表 2：量程 015 V，內(nèi)阻未知F.滑動變阻器 1：010 ，2 AG.滑動變阻器 2：0100 ，1 AH.開關(guān)、導(dǎo)線若干 伏安法測電池電動勢和內(nèi)阻的實驗中，由于電流表和電壓表內(nèi)阻的影響，測量結(jié)果存在系統(tǒng)誤差；在現(xiàn)有器材的條件下，要盡可能準確地測量電池的電動勢和內(nèi)阻.(1)在上述器材中請選擇適當?shù)钠鞑模篲(填選項前的字母).(2)實驗電路圖應(yīng)選擇圖 S9-13 中的_(填“甲”或“乙”). 甲乙丙圖 S9-13(3)根據(jù)實驗中電流表和電壓表的示數(shù)得到了如圖丙所示的 U-I 圖象，則干電池的電動勢 E_V，內(nèi)阻 r_.答 案 ： (1)ABDFH (2)乙(3)1.5 V 1
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