2023届高考物理二轮复习讲义：物理实验——电源电动势和内阻的测量

电源电动势和内阻的测量

本专题主要讲解的是伏安法、伏阻法和安阻法测电源的电动势和内阻，主要从实验设计、器材选择、数据处理和误差分析等方面进行命题，特别是图像法在数据处理中的应用，重点考查了学生信息分析的能力以及实验探究能力。

 伏安法测电源的电动势和内阻

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，导线若干。

（1）该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U－I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是________。（单选，填正确答案标号）

A．电压表分流 B．干电池内阻较小

C．滑动变阻器最大阻值较小 D．电流表内阻较小

（2）针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。

请根据实验数据，回答以下问题：

①图丙中已标出后3组数据对应的坐标点，请标出前4组数据对应的坐标点并画出U－I图像。

②根据实验数据可知，所选的定值电阻为________（填“R1”或“R2”）。

③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将图丁所示实物图连接成完整电路。

某实验小组的同学欲测量从电动自行车上拆卸的一块废旧电池的电动势和内阻。

（1）为了粗略测定电池的电动势与内阻，某同学用下列方法：

①用多用电表的电压挡直接测量电池两极间的输出电压；

②用多用电表的欧姆挡直接测量两极间的内阻；

你认为以上测量中不妥的是：___________（填序号）。

（2）实验小组的同学利用实验室给出下列器材进一步精确测量该电池的电动势和内阻。

A．废旧电池一块（电动势约为12V，内阻约为6Ω）

B．滑动变阻器R1（最大阻值为50Ω）C．电阻箱R2（最大阻值为9999.99Ω）

D．电压表（量程3V，内阻为2kΩ）E．电流表（量程0.6A，内阻为3Ω）

F．开关、导线若干

①由于电压表量程太小，实验小组利用电压表和电阻箱改装了一个量程为15V的电压表

（表盘刻度未改），则电压表应与电阻箱__________（选填“串联”或“并联”），电阻箱的阻值应为__________Ω。

②为了比较精确测量电池的电动势与内阻，请在虚线框甲内画出实验电路图。______

③经多次测量，根据测得的实验数据，该同学作出了电压表示数U和电流表示数I的关系图线如图乙所示，则该电池的电动势E＝____V，内阻r＝______Ω。

1．实验原理：闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir

2．实验电路：实验电路如图甲所示

3．数据处理方法：

①公式法：利用测得U、I值，根据Error!，计算出电动势、内阻。

②U－I图像法：图线与纵轴交点为电动势E，斜率绝对值为内阻，如图乙所示。

4．实验误差分析：

伏安法的实验中，当电流表在支路上时，由于电压表的分流，测量结果是：

E测＜E真，r测＜r真；当电流表在干路上时，由于电流表的分压，测量结果是：

E测=E真，r测＞r真。

 伏阻法测电源的电动势和内阻

一实验小组利用图甲所示的电路测量一电池的电动势E（约1.5 V）和内阻r（小于2 Ω）。图中电压表量程为1 V，内阻RV＝380.0 Ω；定值电阻R0＝20.0 Ω；电阻箱R最大阻值为999.9 Ω；S为开关。按电路图连接电路，完成下列填空：