2026高考物理复习习题 05 实验十二　测量电源的电动势和内阻 【正文】听课正文.docxVIP

实验十二测量电源的电动势和内阻

一、实验目的

1.掌握测定电源的电动势和内阻的方法.

2.会用图像法求电动势和内阻.

3.体会一次函数思想在物理实验图像中的应用.

二、实验原理

在闭合电路中,由闭合电路的欧姆定律可得电源的电动势E、内阻r、路端电压U、电流I存在的关系为U=E-Ir,E、r在电路中不随外电阻R的变化而改变.测量原理图如图所示,改变外电阻,可测得一系列I和U的值(至少6组),然后在U?I坐标系中描点作图,所得直线与纵轴的交点的纵坐标值为电动势E,图线斜率的绝对值为内阻r,这种方法叫伏安法.

三、实验器材

电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干、坐标纸.

四、实验步骤

1.按如图所示电路图连接电路,将滑动变阻器调到有效电阻最大(滑片在图中左端).

2.检查电路无误后,闭合开关,调节滑动变阻器滑片的位置,使电流表有明显示数,记下一组(I,U)值.

3.改变滑动变阻器滑片的位置5次,用同样的方法,再测出5组(I,U)数值.然后断开开关,整理好器材.

五、数据处理

方法一:列方程组E=U1+I1rE=U

方法二:用图像法处理数据,如图所示.

(1)图线与纵轴截距为;?

(2)图线斜率的绝对值为.?

六、误差分析

1.偶然误差

(1)由读数不准引起误差.

(2)用图像法求E和r时,由于作图不准确造成误差.

(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

(1)电路图如图甲所示

方法一电压表的分流作用造成误差,电压值越大,电压表分流越多,对应的I真与I测的差越大,IV=URV.其中U?I

结论:E测E真,r测r真.

方法二等效电源法

E测=RVRV+rE真E真,r测=R

(2)电路图如图丙所示

方法一电流表的分压作用造成误差,电流越大,电流表分压越多,对应U真与U测的差越大,UA=I·RA.其中U?I图像如图丁所示.

结论:E测=E真,r测r真.

方法二等效电源法

如图丙所示,E测=E真,r测=r+RAr真.

3.电路选择:

(1)电源内阻一般较小,选图甲电路误差较小.

(2)当电流表内阻已知时选图丙电路,此时r=|k|-RA,没有系统误差.

七、注意事项

1.为了使电池的路端电压变化明显,应选内阻稍大些的电池(选用已使用过一段时间的干电池).

2.在实验中不要将I调得过大,每次读完U和I的数据后应立即断开电源,以免干电池在大电流放电时极化现象严重,使得E和r明显变化.

3.测出不少于6组I和U的数据,且变化范围要大些,用方程组求解时,类似于逐差法,要将测出的U、I数据中,第1和第4组为一组,第2和第5组为一组,第3和第6组为一组,分别解出E、r值再求平均值.

4.在画U?I图线时,要使尽可能多的点落在这条直线上,不在直线上的点应对称分布在直线两侧,可舍弃个别离直线较远的点,以减小偶然误差.

5.干电池内阻较小时,U的变化较小,此时,坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况,使下部大面积空间得不到利用.为此,可使纵坐标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),如图乙所示,并且把纵坐标的比例放大,可使结果的误差减小.此时图线与横轴交点不表示短路电流,但图线与纵轴交点的纵坐标仍表示电动势.要在直线上任取两个相距较远的点,用r=ΔUΔI计算出电池的内阻

例1[2021·浙江1月选考]在“测定电池的电动势和内阻”实验中:

(1)用如图甲所示的电路图测量,得到的一条实验数据拟合线如图乙所示,则该电池的电动势E=V(保留3位有效数字);内阻r=Ω(保留2位有效数字).?

(2)现有如图丙所示的实验器材,照片中电阻箱阻值可调范围为0~9999Ω,滑动变阻器阻值变化范围为0~10Ω,电流表G的量程为0~3mA、内阻为200Ω,电压表的量程有0~3V和0~15V.请在图丙中选择合适的器材,在方框中画出两种测定一节干电池的电动势和内阻的电路图.

例2[2023·浙江6月选考]在“测量干电池的电动势和内阻”实验中:

(1)部分连线如图甲所示,导线a端应连接到(选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上.正确连接后,某次测量中电压表指针位置如图乙所示,其示数为V.?

(2)测得的7组数据已标在如图丙所示U?I坐标系上,用作图法求出干电池的电动势E=V和内阻r=Ω.(计算结果均保留两位小数)?

测电源电动势和内阻的方法除了伏安法之外,还有安阻法和伏阻法.

安阻法

伏阻法

实

验

电

路

实

验

原

理

由E=I

E=I1I2(R

由E=U

E=U

r=R

图

像

①1I=1ER+rE,可作1I?R

1I?R图像的斜率k=1E,

②R=E·1I-r,可作R?1I图像(

R?1I图像的斜率k