2019年高考物理第八章恒定电流实验十测定电源的电动势和内阻学案

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1、实验十　测定电源的电动势和内阻板块一　主干梳理·夯实基础　实验原理与操作◆　实验目的1.测定电源的电动势和内阻。2.掌握用图象法求电动势和内阻。◆　实验原理1．实验依据闭合电路欧姆定律。2.实验电路：如图所示。3.E和r的求解：由U＝E－Ir得：，解得：4．作图法数据处理，如图所示(1)图线与纵轴交点为电动势E。(2)图线与横轴交点为短路电流I短＝。(3)图线的斜率的绝对值表示内阻r＝。◆　实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔。◆　实验步骤1.电流表用0.6A量程

2、，电压表用3V量程，按实验原理图所示连接好电路。2.把滑动变阻器的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一端。3.闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)。用同样方法测量几组I、U值，填入表格中。4.断开开关，拆除电路，整理好器材。　数据处理与分析◆　数据处理1.公式法取上表六组对应的U、I数据，数据满足关系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r…让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，分别取平均值作为电池的电

3、动势E和内阻r的大小。2.描点法以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立UI坐标系，在坐标平面内描出各组(U，I)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率的绝对值即为电池的内阻r，即r＝。◆　注意事项1.为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选的大些(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

4、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UI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UI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，不要顾及个别离开直线较远的点，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

5、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，而图线与纵轴的截距仍为电动势。要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝，计算出电池的内阻r。◆　误差分析1.偶然误差(1)由读数不准引起误差。(2)用图象法求E和r时，由于作图不准确造成的误差。(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.系统误差由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。(1)如图甲所示，在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是路端电压

6、。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大。即：U真＝U测I真＝I测＋IV＝I测＋结论：当U测＝0时，I真＝I测，用U真、I真画出乙图中右侧的修正图，由图可以看出：E真>E测，r真>r测。从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测)，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻R断开时，a、b两点间电压Uab等于电动势E测，此时电源与电压表构成回路，所以Uab

7、甲图所示电路，IA为电源电流真实值，而的示数不等于路端电压真实值。即：I真＝I测U真＝U测＋I测RA结论：当I测＝0时，U真＝U测，用U真、I真画出乙图中右侧修正图，由图可以看出：E测＝E真，r测>r真。从电路的角度看，r测＝r真＋RA。由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的测量误差非常大。◆　其他实验方案设计以上测量方法一般称为伏安法，测电源的电动势和内阻还有以下几种方法：1.安阻法用一个电流表和电阻箱测量，电路如图甲所示，测量原理为：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，

8、或用图象法处理数据。此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。2.伏阻法用一个电压表和电阻箱测量，电路如图乙所示，测量原理为：E＝U1＋r，E＝U2＋r，由此可求出r和E，或用图象法处理数据。此种方法测得的电动势和内阻均偏小。3.粗测法用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源电动势，此时U＝≈E，需满足RV≫r。4.双伏法用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示。测量方法为：断开S，测得V1、