第35讲　实验：测定电源的电动势和内阻-【划重点】2024年高考物理一轮复习精细讲义

第35讲　实验：测定电源的电动势和内阻 ——划重点之精细讲义系列 一．实验目的 1．掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法． 2．学会用图象法求电源的电动势和内阻． 二．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E. (2)图线与横轴交点为I短＝. (3)图线的斜率绝对值表示r＝. 三．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、刻度尺、铅笔等． 四．实验步骤 1．电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按图连接好电路． 2．把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端． 3．闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)．用同样方法测量出多组I、U值．填入表格中． 4．断开开关，拆除电路，整理好器材． 五．数据处理 本实验中数据的处理方法：一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法. 第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组 U/V I/A 方法一：联立六组对应的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，取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小． 方法二：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，则直线与纵轴交点的纵坐标值即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率绝对值即为电池的内阻r，即r＝. 六．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与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U­I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U­I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)．但这时图线和横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻． 七．误差分析 1．偶然误差 (1)由读数不准和电表线性不良引起误差． (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是准确的电源两端电压．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． 结论： ①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，短路电流测量值＝真实值． ②E测<E真． ③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为电源电流真实值，理论上有E＝U＋UA＋IAr，其中UA不可知，而造成误差，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. 结论： ①E为真实值． ②I短测＜I短真． ③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. 考点一　实验原理与操作 【典例1】用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V，内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用： A．电流表：量程0.6 A，内电阻约1 Ω B．电流表：量程3 A，内电阻约0.2 Ω C．电压表：量程3 V，内电阻约30 kΩ D．电压表：量程6 V，内电阻约60 kΩ E．滑动变阻器：0～1 000 Ω，额定电流0.5 A F．滑动变阻器：0～20 Ω，额定电流2 A (1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用____