2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)教师用-实验十三　测量电源的电动势和内阻.docxVIP

实验十三测量电源的电动势和内阻

实验原理

实验操作

注意事项

1.电路图和实物图(如图甲、乙所示)

2.原理:改变滑动变阻器的电阻,测多组U、I值,根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir计算E、r。

1.选量程、连电路:按电路图连接实物图,注意电压表、电流表的量程和正、负接线柱。

2.滑动变阻器滑片移到阻值最大一端。

3.测量:闭合开关,改变滑动变阻器阻值,测多组U、I值。

4.求解:利用公式法或图像法求E、r。

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0.5A,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。

数

据

处

理

方法一:列方程组求解电动势和内阻的大小。

(1)U1=E-I1

根据以上三组方程分别求出E、r,再取其平均值作为电源的电动势E和内阻r。

方法二:用作图法处理数据,如图所示。

(1)图线与纵轴交点为电动势E。

(2)图线的斜率的绝对值表示内阻r=ΔU

系

统

误

差

1.若采用图甲电路,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测的差值越大,其U－I图像如图丙所示。结论:E测E真,r测r真。

2.若采用图乙电路,由于电流表的分压作用造成误差,电流值越大,电流表的分压越多,对应的U真与U测的差值越大,其U－I图像如图丁所示。结论:E测=E真,r测r真。

考点一教材原型实验

例1(2025·八省联考河南卷,11)现测量电源的电动势E(约为3V)和内阻r。可以选用的器材有:滑动变阻器R(最大阻值为15Ω),定值电阻R0(阻值4Ω),电压表V(量程0~3V,内阻很大),电流表A1(量程0~0.6A)和A2(量程0~3A),开关S,导线若干等。电路原理图如图甲所示。

(1)将图乙中的实物图连接完整,其中电流表应选择(选填“A1”或“A2”)。?

(2)实验中将滑动变阻器滑片置于两个不同位置时,电压表和电流表的示数分别为(U1,I1),(U2,I2),则电源电动势E=,内阻r=(用U1、I1、U2、I2和R0表示)。?

答案(1)见解析图A1(2)①U2I1-U

解析(1)根据电路图可得实物连接图如图所示。

电路中的最大电流Imax=ER0=34A=0.75A,为了减小误差,电流表应选择量程为0~0.6A的

(2)根据闭合电路欧姆定律有E=U1+I1(r+R0),E=U2+I2(r+R0),联立可得E=U2

r=U1-U2

例2(2022·福建卷,12)在测量某电源电动势和内阻时,因为电压表和电流表的影响,不论使用何种接法,都会产生系统误差,为了消除电表内阻造成的系统误差,某实验兴趣小组设计了如图甲实验电路进行测量。已知R0=2Ω。

(1)按照图甲所示的电路图,将图乙中的器材实物连线补充完整。

(2)实验操作步骤如下:

①将滑动变阻器滑到最左端位置;

②接法Ⅰ:单刀双掷开关S与1接通,闭合开关S0,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据U1、I1的值,断开开关S0;

③将滑动变阻器滑到最左端位置;

④接法Ⅱ:单刀双掷开关S与2闭合,闭合开关S0,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据U2、I2的值,断开开关S0;

⑤分别作出两种情况所对应的U1－I1和U2－I2图像。

(3)单刀双掷开关接1时,某次读取电表数据时,电压表指针如图丙所示,此时U1=V。?

(4)根据测得数据,作出U1－I1和U2－I2图像如图丁所示,根据图线求得电源电动势E=,内阻r=(结果均保留2位小数)。?

(5)由图丁可知(填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测得的电源内阻更接近真实值。?

(6)综合考虑,若只能选择一种接法,应选择(选填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测量更合适。?

答案(1)见解析图(3)1.30(4)1.80V2.50Ω(5)接法Ⅱ(6)接法Ⅱ

解析(1)按照电路图补充开关的连线如图所示。

(3)电压表选用的是0~3V量程,分度值为0.1V,需估读,故读数为1.30V。

(4)在接法Ⅰ中,若电流表示数为零,则通过电源的电流为零,此时电压表示数等于电源电动势的真实值,故U1－I1的纵轴截距为电源电动势,可得E=1.80V。由电压表示数为零即滑动变阻器接入电路的阻值为零可知E=I(R0+r+RA),由于电流表内阻未知而无法求得电源内阻。

在接法Ⅱ中,当电压表示数为零时,电源与R0之外的电路短路,此时电流表示数满足E=I(R0+r),再由U2－I2图像可知此时电路电流为0.40A,则电源内阻为r=EI－R0=1.800.40Ω－2Ω=2.50

(5)若直接由图线斜率求电源内阻,则U1－I1图线斜率的绝对值为k1=1.80-00.3