实验十 测定电源的电动势和内阻-2021年高考物理必考实验专题突破

实验十　测定电源的电动势和内阻（原卷版） 1.实验原理 　　(1)如图甲所示,改变R的阻值,从电压表和电流表中读出几组I、U值,利用闭合电路的欧姆定律求出几组E、r值,最后分别算出它们的平均值。 甲　　　　　　　　　乙 　　(2)用图象法来处理数据,在坐标纸上以I为横坐标、U为纵坐标,用测出的几组I、U值画出U-I图象,如图乙所示,直线跟纵轴的交点的纵坐标表示电源电动势E的值,图线的斜率的绝对值即内阻r的值。 2.实验器材 　　电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。 3.实验步骤 　　(1)电流表用0.6 A量程,电压表用3 V量程,按实验原理图连接好电路。 (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)。用同样方法测量出六组I、U的值,并填入表格中。 组数 物理量　 　 第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组 U/V I/A (4)断开开关,拆除电路,整理好器材。 4.数据处理 　　(1)公式法:联立六组对应的U、I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值,取其平均值作为电池的电动势E和内阻r。 (2)图象法:在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U-I坐标系,在坐标平面内描出各组(I,U)值所对应的点,然后尽量多地通过这些点作一条直线,不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧,如图所示。 　　①图线与纵轴交点为E。 ②图线与横轴交点为I短=。 ③图线的斜率的绝对值表示r=。 5.误差分析 　　(1)偶然误差 ①由于读数不准和电表接线不良引起的误差。 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 由电压表和电流表内阻影响而导致的误差。 ①若采用如图甲所示的电路,在理论上E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压。但实验中忽略了通过电压表的电流IV,因此形成误差,而且电压表示数越大,IV越大。 甲　　　　　　　　　乙 结论: a.当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值=真实值。 b.E测<E真。 c.因为r测=,所以r测<r真。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),如图乙所示,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<E真,即E测<E真。 ②若采用如图丙所示的电路,IA为通过电源的电流真实值,理论上有E=U+UA+IAr,其中UA不可知,因此造成误差,而且电流表示数越大,UA越大,当电流为零时,UA=0,电压为准确值,等于E。 丙　　　　　　　　　　　　丁　　　 结论: a.E为真实值。 b.I短测<I短真。 c.因为r测=,所以r测>r真,r测为r真和RA的串联值,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。 6.注意事项 　　(1)为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的干电池)。 (2)在实验时,电流不能过大,通电时间不能太长,以免对E和r产生较大影响。 (3)要测出不少于6组的(I,U)数据,且变化范围要大些,然后用方程组求解,并求平均值。 (4)画U-I图线时,由于读数的偶然误差,描出的点不在一条直线上,在作图时应使图线通过尽可能多的点,并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去。这样就可使偶然误差得到部分抵消,从而提高精确度。 (5)由于干电池的内阻较小,路端电压U的变化也较小,这时画U-I图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,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),但这时图线在横轴的截距不再是短路电流,而在纵轴的截距仍为电源电动势,图线斜率的绝对值仍为电源的内阻。 【最新高考真题解析】 1．（2020年山东卷）实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有： 干电池一节（电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω）； 电压表V （量程3 V，内阻约3 kΩ）； 电流表A （量程0.6 A，内阻约1 Ω）； 滑动变阻器R （最大阻值为20 Ω）； 定值电阻R1 （阻值2 Ω）； 定值电阻R2 （阻值5 Ω）； 开关一个，