【备战2023高考】物理总复习——9.5《实验十一：测定电源的电动势和内电阻》讲义（全国通用）

第九章 恒定电流

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专题9.5 实验十一：测定电源的电动势和内电阻

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考点一  基本要求

一、实验目的

1．掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法；进一步理解闭合电路的欧姆定律．

2．掌握用图象法求电动势和内阻的方法．

二、实验原理

1．实验依据：闭合电路欧姆定律．

2．E和r的求解：由U＝E－Ir得，解得E、r.

3．图象法处理：以路端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建系、描点、连线，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻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、铅笔．

四、实验步骤

1．电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按实验原理图连接好实物电路．

2．把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端．

3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数．记录一组电流表和电压表的示数，用同样方法测量并记录几组I、U值，并填入表格中．

4.断开开关，拆除电路，整理好器材．

考点二  规律方法

一、数据处理

1．列多个方程组求解，再求E、r的平均值．

2．用作图法处理数据，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)图线的斜率表示r＝.

二、误差分析

1．偶然误差：(1)电表读数不准引起误差．(2)图象法求E和r时作图不准确．

2．系统误差：(1)采取电流表内接法，由于电压表分流造成电动势和内阻的测量值均偏小．(2)采取电流表外接法，由于电流表分压，造成内阻的测量值偏大．

三、注意事项

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．每次读数后立即断开电源．

3．要测出不少于6组的(U，I)数据，且变化范围要大些．

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．

5．电流表要内接(因为r很小)．

高频考点一 基本要求

例1、（2022·湖北·恩施市第一中学模拟预测）某实验小组的成员利用下列器材设计出了既可以测量电流表的内阻又可以测量某电源的电动势和内阻的实验电路，已知实验室提供的器材如下：

电阻箱，定值电阻，两个电流表、，单刀单掷开关，单刀双掷开关，待测电源，导线若干。该实验小组成员设计的电路如图甲所示。他们的操作步骤如下：

（1）闭合单刀单掷开关，断开单刀双掷开关，调节电阻箱的阻值为，读出电流表的示数；将单刀双掷开关接通1，调节电阻箱的阻值为，使电流表的示数仍为；再将单刀双掷开关接通2，调节电阻箱的阻值为，使电流表的示数也为。则电流表的内阻为______，电流表的内阻为______。

（2）将单刀双掷开关接通2，多次调节电阻箱的阻值，记录每次调节后的电阻箱的阻值及电流表的示数，该同学打算用图像处理数据，以电阻箱电阻为纵轴，为了直观得到电流与的图像关系，则横轴应取______。

A．       B．       C．       D．

（3）根据（2）选取的轴，作出图像如图乙所示，则电源的电动势______，内阻______（用、、及图像中的a、b表示）

【变式训练】（2022·福建·莆田二中模拟预测）某同学要测量一节干电池的电动势和内电阻，现在实验室提供了如下的器材：

A．电流表G（量程2mA，内阻）

B．电流表A（量程0.6A，内阻约为0.5Ω）

C．滑动变阻器R（0~10Ω，额定电流2A）

D．定值电阻

E．开关S和导线若干

①该同学根据实际情况设计了如图1所示的原理图，请你根据原理图用笔画线代替导线连接实物图________。

②该同学将电流表G与电阻串联组成电压表，此电压表的最大量程______V，利用上述实验原理图测得数据，以电流表A读数为横坐标，以路端电压U为纵坐标，绘出了如图3所示的图线，根据图线可求出电源的内阻r＝______Ω（保留2位小数）。

③由于电流表G的分流引起实验误差，导致电池电动势测量值______（填“偏大”“偏小”或“准确”）。

高频考点二 规律方法

例2、（2022·天津和平·三模）手机电池多为锂电池，这种电池的电动势并不是一个定值，刚充满的电池电动势约 4.2V，在使用过程中降低到3.2V时建议终止放电。为尽可能精确地测量出某手机电池刚充满电时的电动势，可供选用的器材如下：

A．电流表A：量程 0~0.6A、内阻约为0.6Ω

B．电压表V：量程 0~15V、内阻约为3kΩ

C．滑动变阻器R：最大阻值10Ω

D．电阻箱R：0~999.9Ω

E．待测手机电池E     

F．一个开关及导线若干

（1）为使实验具有尽可能高的精度，下列电路中，应选用___________；

A． B．C． D．

（2）根据设计的电路，用图像法处理数据，为保证得到的图像为直线，应作___________随___________变化的图像；

（3）若已知该图像斜率的绝对值为k，纵截距的绝对值为b，则电源电动势的大小为___________。

【变式训练】（2022·北京海淀·二模）某同学把铜片和锌片相隔约2cm插入一个桔子中，就制成了一个水果电池。铜片是电池的正极，锌片是负极。他所用到的器材有水果电池、电阻箱、电流表、电键和导线若干

（1）请根据上面的器材在方框中画出实验电路图。(       )

（2）实验时，用电流表和电阻箱测出多组电流I和电阻值R，若要通过图像测得这个水果电池的电动势和内阻，可以选用图像为___________

A．R-I                    B．               C．

（3）若用该实验方法测量水果电池的电动势和内阻，电动势的测量值___________真实值，内阻的测量值___________真实值（选填“大于”“等于”“小于”）。

（4）该同学在断开电键准备收拾器材的时候，忽然想起测量干电池电动势时，可以将学生用指针式电压表（量程0～3V，内阻约3k）直接接到干电池的正负极，因此该同学也将这种指针式电压表直接接到了桔子电池的正负极，但是测得的数值与用图像测得的电动势数值差距很大。设直接用指针式电压表测得的电动势用E2表示，该同学用图像法测得的电动势用E1表示，请分析说明这两个值哪一个更大。(       )