第8章 实验十二测量电源的电动势和内阻（教师用书）-【名师大课堂】2025年新高考物理艺术生总复习必备

实验十二 测量电源的电动势和内阻 一、实验原理 1.如图甲或乙所示,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. 2.用图像法来处理数据,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 图像,如图丙所示,直线跟纵轴交点的坐标表示 电源 电 动 势 E 的 值,图 线 斜 率 的 绝 对 值 即 内阻r 的值. 二、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. 三、实验步骤 1.电流表用(0~0.6A)的量程,电压表用(0~3V) 的量程,按实验原理图连接好电路. 2.把滑动变阻器的滑片移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).用同样的方法再测 量几组I、U 值,填入表格中. 4.断开开关,拆除电路,整理好器材. 四、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, 取其平均值作为电池的电动势E和内阻r. 2.图像法 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,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= ΔUΔI . 五、误差分析 1.偶然误差 (1)读数不准引起误差. (2)用图像法求E 和r时,由于作图不准确造成 误差. 2.系统误差 (1)若采用甲图电路,由于电压表的分流作用造 成误差,电压值越大,电压表的分流越多,对应的 I真 与I侧 的差越大.其U-I图像如乙图所示. 结论:①E测<E真;②r测<r真. (2)若采用丙图电路,由于电流表的分压作用造 成误差,电流越大,电流表分压越多,对应U真 与 U测 的差越大.其U-I图像如丁图所示. 结论:①E测=E真;②r测>r真. 六、注意事项 1.为了使电池的路端电压变化明显,应选内阻大些 的电池(选用已使用过一段时间的干电池). 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 990 2.在实验中不要将I调得过大,每次读完U 和I的 数据后应立即断开电源,以免干电池在大电流放 电时极化现象严重,使得E和r明显变化. 3.要测出不少于6组的(I、U)数据,且变化范围要 大些. 4.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).但这时图线与横轴的交点不再 是短路电流,而图线与纵轴的交点仍为电源电动 势,图线斜率的绝对值仍为内阻. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 某同学想用下列实验器材来测定一电源的 电动势E和内阻r,同时测量一阻值约为几十欧 姆的电阻的阻值,实验器材如下: 毫安表mA(量程0~120mA); 电压表V(量程0~6V); 滑动变阻器R(阻值范围0~300Ω); 导线若干,开关S一个. 该同学的实验步骤如下: ①设计如图甲所示的电路图,正确连接电路; ②滑动变阻器滑片处于阻值最大位置,闭合开关 S,通过减小滑动变阻器接入电路的阻值测出多 组U 和I的数据,最后得到如图乙所示的U-I图 像; 甲 乙 丙 ③断开开关S,将待测电阻Rx 改接在N、H 之 间,MN 间用导线相连,重复实验步骤②,得到另 一条U-I 图线,图线与纵轴的交点坐标为(0, U0),与横轴的交点坐标为(I0,0). (1)请根据图 甲 的 电 路 图 将 图 丙 中 实 物 图 连 接好. 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋答案:如图所示 (2)根据图乙的U-I 图线,可得该电源的电动势 E= 6.0 V,内阻r= 25 Ω. (3)待测电阻的阻值表达式为Rx= U0 I0 -r . (用题中字母表示) (4)设实验中所用的电压表和毫安表均为理想电 表,Rx 接在M、N 之间与接在N、H 之间,滑动 变阻器的滑片从阻值最大处滑向中点位置的过 程中,对比两种情况,毫安表的示数变化范围 相同 ,电压表示数变化范围 不同 .(选填 “相同”或“不同”) 解析:(1)根据电路图连线. (2)根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir, 所以纵截距b=E=6.0V,斜率的绝对值 |k|=r=6.0-3.5 100×10-3 Ω=25Ω. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 001 (3)将Rx 改接在N、H 之间,根据闭合电路欧姆 定律得U+IRx=E-Ir,整理得U=E-I(r+ Rx),斜率的绝对值,|k'|=r+Rx= U0 I0 ,所以待 测阻值Rx= U0 I0 -r (4)如果电表均为理想电表,两种情况毫安表均 测回路总电流,有I= Er+Rx+R滑 ,所以毫安表 变化范围相同;Rx 接在M、N 之间时有U=E- Ir,Rx 接在N、H 之间时有U=E-I(r+Rx), 因为电流变化相同,电压表变化范围不同. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 实验十三 用多用电表测量电学中的物理量 一、实验原理 1.外部构造 (1)转动选择开关可以使用多用电表测量电流、 电压、电阻等. (2)表盘的上部为表头,用来表示电流、电压和电 阻的多种量程. (3)由于多用电表的测量项目和量程比较多,而 表盘的空间有限,所以并不是每个项目的量程都 有专门的标度,有些标度就属于共用标度,图中 的第二行就是交、直流电流和直流电压共用的 标度. 2.欧姆表内部构造和原理 (1)欧姆表内部电路简化如图 (2)多用电表测电阻阻值的原理:闭合电路欧姆 定律 ①红、黑表笔短接,进行欧姆调零时,指针满偏, 有 ERg+R+r . ②当红、黑表笔 之 间 接 有 未 知 电 阻 Rx 时,有 I= ERg+R+r+Rx ,故每一个未知电阻都对 应一个电流值I. ③由于I与R 是非线性关系,表盘上电流刻度是 均匀的,其对应的电阻刻度却是不均匀的,电阻 的零刻度在电流满偏处.当 Rx=Rg+R+r 时,I= Ig 2 ,指针半偏,所以欧姆表的内阻等于中 值电阻. 二、实验器材 多用电表、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极 管、定值电阻(大、中、小)三个. 三、实验步骤 1.测量前准备 (1)观察多用电表的外形,认识选择开关对应的 测量项目及量程. (2)检查多用电表的指针是否停在表盘刻度 左 端 的零位置.若不指零,则可用小螺丝刀进行 机械调零 . (3)将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔. 2.直流电压和直流电流的测量 (1)按如图甲所示连好电路,将多用电表选择开 关置于直流电压挡,测小灯泡两端的电压. (2)按如图乙所示连好电路,将选择开关置于直 流电流挡,测量通过小灯泡的电流. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 101