實(shí)驗(yàn)測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握伏安法測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法．2．掌握用圖象法求電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．圖實(shí)－10－1圖實(shí)－10－2三、實(shí)驗(yàn)器材電池(被測(cè)電源)、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、鉛筆．四、實(shí)驗(yàn)操作1．實(shí)驗(yàn)步驟(1)電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，按圖實(shí)－9－1所示連接好電路．(2)把滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)到使接入電路的阻值最大的一端．(3)閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1)．用同樣方法測(cè)量幾組I、U值，填入表格中.第1組第2組第3組第4組第5組第6組U/VI/A(4)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，拆除電路，整理好器材．2．?dāng)?shù)據(jù)處理本實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的處理方法，一是聯(lián)立方程求解的公式法，二是描點(diǎn)畫(huà)圖法．方法一：取六組對(duì)應(yīng)的U、I數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)滿(mǎn)足的關(guān)系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r……讓第1式和第4式聯(lián)立方程，第2式和第5式聯(lián)立方程，第3式和第6式聯(lián)立方程，這樣解得三組E、r，取其平均值作為電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r的大?。濉⒆⒁馐马?xiàng)1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過(guò)一段時(shí)間的干電池．2．實(shí)驗(yàn)中電流不宜過(guò)大，每次讀完U和I的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開(kāi)電源．3．測(cè)量數(shù)據(jù)不少于6組，且變化范圍要大些．4．在畫(huà)U-I圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)．個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不予考慮．5．若電壓變化范圍較小，作圖線時(shí)，縱軸的刻度可不從零開(kāi)始，此時(shí)要注意E和r的確定．六、誤差分析1．由讀數(shù)不準(zhǔn)和電表線性不良引起誤差．2．用圖象法求E和r時(shí)，由于作圖不準(zhǔn)確造成的誤差．3．測(cè)量過(guò)程中通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或電流過(guò)大，都會(huì)引起E、r變化．4．電壓表和電流表的內(nèi)阻影響而導(dǎo)致的誤差．[例1]

在用電流表和電壓表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中：(1)備有如下器材：A．干電池1節(jié)；B．滑動(dòng)變阻器(0～20Ω)；C．滑動(dòng)變阻器(0～1kΩ)；D．電壓表(0～3V)；E．電流表(0～0.6A)；F．電流表(0～3A)；G．開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干．其中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________，電流表應(yīng)選________．(只填器材前的序號(hào))(2)為了最大限度地減小實(shí)驗(yàn)誤差，請(qǐng)?jiān)谙旅娴奶摼€框中畫(huà)出該實(shí)驗(yàn)最合理的電路圖．(3)某同學(xué)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖實(shí)－10－3中畫(huà)出U－I圖線，根據(jù)圖線得到被測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)電阻r＝________Ω.123456I/A0.100.150.200.250.300.40U/V1.321.261.181.131.040.93圖實(shí)－10－3[解析]

(1)由于干電池的電動(dòng)勢(shì)只有1.5V，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選B，從測(cè)量的數(shù)據(jù)可以看出電流最大只有0.4A，電流表應(yīng)選E.(2)電路圖如圖實(shí)－10－4甲所示．圖實(shí)－10－4(3)作出的U－I圖象如圖實(shí)－10－4乙所示，從圖象上可以看出在U軸上的截距為1.45V，即電源的電動(dòng)勢(shì)為1.45V．圖象斜率的絕對(duì)值為：k＝ΔU/ΔI＝0.65/0.5Ω＝1.3Ω.[答案]

(1)B

E

(2)如圖實(shí)－9－4甲所示(3)U－I圖象如圖實(shí)－10－4乙所示1.45

1.3[例2]

在測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，由于所用電壓表(視為理想電壓表)的量程較小，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖實(shí)－10－5所示的實(shí)物電路．

圖實(shí)－10－5(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到________．(選填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改變電阻箱的阻值R，分別測(cè)出阻值R0＝10Ω的定值電阻兩端的電壓U.下列兩組R的取值方案中，比較合理的方案是________．(選填“1”或“2”)方案編號(hào)電阻箱的阻值R/Ω1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.01．下面給出多種用伏安法測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的數(shù)據(jù)處理方法，其中既能減小偶然誤差，又直觀、簡(jiǎn)便的方法是 (

)A．測(cè)出兩組I、U的數(shù)據(jù)，代入方程組E＝U1＋I(xiàn)1r和E＝U2＋I(xiàn)2r，求出E、rB．多測(cè)幾組I、U的數(shù)據(jù)，求出幾組E、r，最后分別求出其平均值C．測(cè)出多組I、U的數(shù)據(jù)，畫(huà)出U-I圖象，再根據(jù)圖象求出E、rD．測(cè)出多組I、U的數(shù)據(jù)，分別求出I和U的平均值，用電壓表測(cè)出斷路時(shí)的路端電壓即為電動(dòng)勢(shì)E，再用閉合電路歐姆定律求出內(nèi)電阻r解析：測(cè)出多組I、U的數(shù)據(jù)，畫(huà)出U－I圖象可消除某次測(cè)量不準(zhǔn)造成的偶然誤差，選C.答案：C2．用如圖實(shí)－10－6所示的電路測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻時(shí)，若有兩只電壓表V1、V2量程相同，內(nèi)阻分別為RV1、RV2，且RV1>RV2；兩只電流表A1、A2量程相同，內(nèi)阻分別為RA1、RA2，且RA1>RA2，在實(shí)驗(yàn)中，為了使E、r的測(cè)量值更精確一些，選擇的電表可以是(

)A．V1與A1

B．V1與A2C．V2與A1 D．V2與A2圖實(shí)－10－6解析：本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差主要來(lái)源于電壓表內(nèi)阻對(duì)電路的影響，電壓表內(nèi)阻越大，電流表所測(cè)電流越接近于干路中的電流的真實(shí)值，所測(cè)電池的內(nèi)阻也越接近電池內(nèi)阻的真實(shí)值，故電壓表選用內(nèi)阻大的好，而電流表內(nèi)阻對(duì)本實(shí)驗(yàn)無(wú)影響，因?yàn)殡娏鞅韮?nèi)阻與R是串聯(lián)，不需知道R與RA的值，故電流表選用哪一個(gè)都可以．故選A、B.答案：AB3．測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)電路圖如圖實(shí)－10－7(a)所示．圖(b)中給出的器材有：待測(cè)電源(電動(dòng)勢(shì)約為4V，內(nèi)阻約為2Ω)，電壓表(內(nèi)阻很大，有5V、15V兩個(gè)量程)，電流表(內(nèi)阻不計(jì)，有0.1A、1A兩個(gè)量程)，滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0～10Ω)，開(kāi)關(guān)．另有導(dǎo)線若干．試按照?qǐng)D(a)中的電路在圖(b)中畫(huà)出連線，將器材連接成實(shí)驗(yàn)電路(要求正確選擇電表量程，以保證儀器的安全并使測(cè)量有盡可能高的精確度)．圖實(shí)－10－7解析：電源電動(dòng)勢(shì)約為4V，所以電壓表選擇5V的量程，估算通過(guò)電源的最大電流為I＝4/2A＝2A，所以電流表選擇1A的量程；連線如圖所示．答案：見(jiàn)解析圖4．要測(cè)量一電源的電動(dòng)勢(shì)E(小于3V)和內(nèi)阻r(約1Ω)，現(xiàn)有下列器材：電壓表V(3V和15V兩個(gè)量程)、電阻箱(0～999.9Ω)、定值電阻R0＝3Ω、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線．某同學(xué)根據(jù)所給器材設(shè)計(jì)如圖實(shí)－10－8甲的實(shí)驗(yàn)電路．圖實(shí)－10－8(1)電路中定值電阻R0的作用是_____________________．(2)請(qǐng)根據(jù)圖甲電路，在圖乙中用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線連接電路．(3)該同學(xué)調(diào)節(jié)電阻箱阻值R，讀出對(duì)應(yīng)的電壓表讀數(shù)U，得到兩組數(shù)據(jù)：R1＝2.0Ω時(shí)U1＝2.37V；R2＝4.0Ω時(shí)U2＝2.51V．由這兩組數(shù)可求得電源的電動(dòng)勢(shì)為E＝________V，內(nèi)阻為r＝________Ω.(4)為使最終測(cè)量結(jié)果更精確，在不改變實(shí)驗(yàn)方法、不更換實(shí)驗(yàn)器材的前提下，請(qǐng)你對(duì)該同學(xué)提一條建議______________________________________________________.答案：(1)保護(hù)電源，防止短路(2)見(jiàn)解析圖(3)2.94

1.2

(4)見(jiàn)解析5．某同學(xué)想自己制作一個(gè)金屬溫度計(jì)，為此該同學(xué)從實(shí)驗(yàn)室找到一個(gè)熱敏電阻，并通過(guò)查資料獲得該熱敏電阻的阻值R隨溫度t變化的圖線如圖實(shí)－10－9甲所示．該同學(xué)進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：將一電動(dòng)勢(shì)E＝1.5V(內(nèi)阻不計(jì))的電源、量程5mA內(nèi)阻Rg＝100Ω的電流表及電阻箱R′，及用該熱敏電阻作測(cè)溫探頭的電阻R，串成如圖乙所示的電路，把電流表的電流刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，就得到了一個(gè)簡(jiǎn)單的“金屬電阻溫度計(jì)”．圖實(shí)－10－9(1)電流刻度較小處對(duì)應(yīng)的溫度刻度________；(填“較高”或“較低”)(2)若電阻箱阻值R′＝70Ω，圖丙中5mA刻度處對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)值為_(kāi)_______℃.解析：(1)由閉合電路歐姆定律E＝Ig(R＋R′＋Rg)，可見(jiàn)電流越小電阻越大，而電阻越大溫度則越高，即電流刻度較小處對(duì)應(yīng)的溫度刻度應(yīng)該較高．(2)若電阻箱阻值R′＝70Ω時(shí)，將數(shù)據(jù)帶入E＝Ig(R＋R′＋Rg)得熱敏電阻的阻值R＝130Ω，結(jié)合圖甲可知此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)值為30℃.答案：(1)較高(2)306．(2010·廣東高考)某同學(xué)利用電壓表和電阻箱測(cè)定干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻(R0＝5Ω)一個(gè)，開(kāi)關(guān)兩個(gè)，導(dǎo)線若干，實(shí)驗(yàn)原理圖如圖實(shí)－10－10(a)．圖實(shí)－10－10(1)在圖(b)的實(shí)物圖中，已正確連接了部分電路，請(qǐng)完成余下電路的連接．(2)請(qǐng)完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟：A．檢查并調(diào)節(jié)電壓表指針指零：調(diào)節(jié)電阻箱，示數(shù)如圖(c)所示，讀得電阻值是________；B．將開(kāi)關(guān)S1閉合，