第9章 实验11 测量电源的电动势和内电阻（word教参）-【金版新学案】2024高考物理大一轮复习讲义·高三总复习（新教材新高考版）

实验十一　测量电源的电动势和内电阻 一、实验目的 1．理解伏安法测量电源电动势和内电阻的实验原理及有关事项。 2．掌握安阻法、伏阻法测量电源的电动势和内电阻的实验原理及有关事项。 二、实验原理、操作及数据处理 1．基本方法——伏安法 (1)原理：闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir 利用测得的U、I值，根据 计算出电动势、内阻。 (2)电路图(图甲)与实物图(图乙) 　 (3)操作要领： ①连线路：按原理电路图连接电路，注意电流表、电压表的接线柱的正负及量程。 ②滑动变阻器：闭合开关前，滑片位于连入阻值最大的位置。 ③测量：调节滑动变阻器的滑片，测量多组U、I值。 ④整理器材。 (4)数据处理： ①公式法： 解出多组E、r，并分别计算其平均值。 ②图像法：如图所示。 a．图线与纵轴交点为电源电动势E。 b．图线斜率的绝对值为内阻r。 2．创新方法：安阻法、伏阻法、等效电源法 (1)安阻法 ①原理：如图甲所示，用一个电流表和一个电阻箱组合测量，E＝I(R＋r)。 ②数据处理 a．公式法：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，内阻偏大。若已知电流表A的阻值可消除测量内阻的系统误差。 b．图像法：由E＝I(R＋r)变形得＝＋·R，则 - R图像是一条如图乙所示的直线，直线在纵轴的截距为b，斜率为k，则有E＝，r＝。 (2)伏阻法 ①原理：如图丙所示，用一个电压表和一个电阻箱组合测量，E＝U＋r。 ②数据处理 a．公式法：E＝U1＋r，E＝U2＋r，由此可求出E和r，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。 b．图像法：由E＝U＋r变形得＝＋·，可见 - 图像为一条直线，如图丁所示，直线的斜率k＝，纵轴截距b＝。由此解得E＝，r＝。 (3)等效电源法 ①原理：当电源内阻r过小时，如果直接测量，测出电源的内阻误差较大。如图戊所示，用一个阻值合适的定值电阻R0与电源串联，并把它们看成一个等效电源。 ②数据处理 a．等效电动势E效＝E。 b．电源内阻r效＝R0＋r，其中r是被测电源的内阻。测出等效电源的内阻r效，则被测电源的内阻r＝r效－R0。 三、误差分析 1．偶然误差：电表读数及用图像法求E和r时作图不准确。 2．系统误差： (1)伏安法：由于电压表的分流，测量结果：E测<E真，r测<r真。 (2)安阻法：由于电流表的分压，测量结果：E测＝E真，r测＞r真。 (3)伏阻法：由于电压表的分流，测量结果：E测<E真，r测<r真。 四、注意事项(以伏安法为例) 1．为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池。 2．电流不要过大，应小于0.5 A，读数要快。 3．要测出不少于6组的(I，U)数据，变化范围要大些。 4．若U-I图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r＝||确定。 教材原型实验 (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1所示的电路图测量，得到的一条实验数据拟合线如图2所示，则该电池的电动势E＝________V(保留3位有效数字)；内阻r＝________(保留2位有效数字)； (2)现有如图3所示的实验器材，照片中电阻箱阻值可调范围为0～9 999 Ω，滑动变阻器阻值变化范围为0～10 Ω，电流表G的量程为0～3 mA、内阻为200 Ω，电压表的量程有0～3 V和0～15 V。请在图3中选择合适的器材，在下面相应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。 解析：　(1)根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可得U＝E－Ir，将题干中的图线延长与横纵轴分别相交，如图甲所示 可知图像与纵轴交点即为电动势，即E＝1.46 V 图像斜率的绝对值为电源内阻，即r＝ Ω≈0.64 Ω。 (2)电流表量程太小，使用电阻箱和电压表代替电流表进行测量，电路图如图乙所示 根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir＝U＋r，变形得＝·＋，可知 -图像的斜率为，与纵轴截距为，从而求解电动势和内阻；也可以通过电阻箱改装电流表，扩大电流表的量程，实现电流的测量，电路图如图丙所示 I为改变量程之后的电流表示数，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，可以绘制U -I图像求解电动势和内阻。 答案：　(1)1.46(1.45～1.47均可)　0.64(0.63～0.67均可)　(2)见解析图乙和图丙 在测量一节干电池的电动势E和内阻r的实验中，小明设计了如图甲所示的实验电路。 (1)根据图甲实验电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。 (2)实验开始前，应先将滑动变阻器的滑片P移至________(选填“a”或“b”)端。 (3)合上开关S1，S2接图甲中的1位置，改变滑动变阻器的阻值，记录下几组电压表示数和对应的电流表示数；S2改接图甲中的2位置