第二十讲 测量电源的电动势和内阻-【暑假辅导班】2021年新高二物理暑假精品课程（粤教版）

第二十讲 测量电源的电动势和内阻 【学习目标】 1.掌握伏安法测量电动势和内阻的原理，能正确操作并进行实验数据的处理. 2.掌握安阻法、伏阻法测量电动势和内阻的原理，并会用图像法处理数据． 【基础知识】 伏安法测量电源的电动势和内阻 1．实验器材 被测干电池一节(E约为1.5 V)、直流电压表(量程3 V)、直流电流表(量程0.6 A)、滑动变阻器R(阻值范围0～15 Ω、额定电流2 A)、导线、开关． 2．实验原理 如图1所示，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，可得U＝E－Ir，以电流I为横轴，电压U为纵轴得到U－I图像，图线在纵轴上的截距在数值上等于电源电动势E，图线的斜率在数值上等于电源的内阻r. 图1 3．实验操作与数据处理 (1)确定电流表、电压表的量程，按图示连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端． (2)闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数，并把数据记录在下表中． (3)用同样的方法，依次记录多组U、I的值． (4)断开开关S，拆除电路． (5)以U为纵轴，I 为横轴，将记录的电压、电流值标在坐标纸上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电源电动势，根据斜率大小求出内阻． 物理量 实验次数 1 2 3 4 5 U/V I/A 4.误差分析 (1)偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作U－I图像时描点不准确． (2)系统误差：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些．U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U－I坐标系中表示出来，如图2所示，可见E测<E真，r测<r真． 图2 5．注意事项 (1)为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表． (2)实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池因大电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化． (3)当路端电压变化不是很明显时，作UI图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点可以不从零开始． (4)画U－I图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑．这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度． 【真题演练】 1．一实验小组利用图（a）所示的电路测量一电池的电动势E（约 ）和内阻r（小于 ）。图中电压表量程为 ，内阻 ：定值电阻 ；电阻箱R，最大阻值为 ；S为开关。按电路图连接电路。完成下列填空： （1）为保护电压表，闭合开关前，电阻箱接入电路的电阻值可以选___________ （填“5.0”或“15.0”）； （2）闭合开关，多次调节电阻箱，记录下阻值R和电压表的相应读数U； （3）根据图（a）所示电路，用R、 、 、E和r表示 ，得 ___________； （4）利用测量数据，做 图线，如图（b）所示： （5）通过图（b）可得 ___________V（保留2位小数）， ___________ （保留1位小数）； （6）若将图（a）中的电压表当成理想电表，得到的电源电动势为 ，由此产生的误差为 ___________%。 2．用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有：电流表A1（量程0~30mA）；电流表A2（量程0~100mA）；电压表V（量程0~6V）；滑动变阻器R1（阻值0~5Ω）；滑动变阻器R2（阻值0~300Ω）；开关S一个，导线若干条。某同学的实验过程如下： Ⅰ.设计如图所示的电路图 Ⅱ.正确连接电路，将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，I为横轴，得到如图所示的图线 Ⅲ.断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变。重复Ⅱ的步骤，得到另一条U-I图线，图线与横轴I的交点坐标为（I0，0），与纵轴U的交点坐标为（0，U0）。回答下列问题： ①电流表应选用 ___________ ，滑动变阻器应选用 ___________ ； ②由图的图线，得电源内阻r= ___________ Ω； ③用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx= ___________ ，代入数值可得Rx； ④若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围 ___________ ，电压表示数变化范围 ___________ 。（选填“相同”或“不同”） 【