2024年高考物理复习第一轮：创新实验课(12)　测量电源的电动势和内阻

这是一份2024年高考物理复习第一轮：创新实验课(12)　测量电源的电动势和内阻，共15页。试卷主要包含了实验基本技能，规律方法总结等内容，欢迎下载使用。

实验基础知识
一、实验基本技能
1．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)学会用图像法求电源的电动势和内阻．
2．实验原理
方法1　如图甲，根据闭合电路的欧姆定律，电源电动势E、内阻r，与路端电压U、电流I的关系可以写成
E＝U＋Ir①
如果能测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从中解出E和r.因此，用电压表、电流表加上一个滑动变阻器R，就能测定电源的电动势E和内阻r.
方法2　①式还可以写成E＝IR＋Ir②
如图乙，测出I、R的两组数据，也可以得到关于E和r的两个方程，从中解出E和r.这样，用电流表和电阻箱也可以测定电源的电动势E和内阻r.
方法3　①式还可以写成E＝U＋r③
如图丙，测出U、R的两组数据，同样能通过解方程组求出E和r.这样，用电压表和电阻箱也可以测定电源的电动势E和内阻r.
3．实验器材
电池(待测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺．
4．实验步骤
以方法1(伏安法)为例：
(1)根据电路图甲，电流表用0.6 A的量程，电压表用3 V的量程，连接好电路，如图乙所示．

(2)把滑动变阻器的滑片移到其接入电路阻值最大的一端．
(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．
二、规律方法总结
1．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U­I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＝.
2．误差分析
(1)偶然误差
①由读数不准引起的误差．
②用图像法求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的影响而导致的误差．
①如图甲所示，在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是路端电压．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．

即U真＝U测，
I真＝I测＋IV＝I测＋.
结论：当U测＝0时，I真＝I测，用U真、I真画出乙图中右侧的修正图，由图可以看出：E真>E测，r真>r测．
②若采用丙图所示电路，在理论上E＝(U＋UA)＋Ir，I为电源电流真实值，而电压表的示数不等于路端电压真实值．

即I真＝I测，
U真＝U测＋I测RA.
结论：当I测＝0时，U真＝U测，用U真、I真画出丁图中右侧修正图，由图可以看出：E测＝E真，r测>r真．
3．注意事项
(1)为了使电池的路端电压变化明显，应选内阻稍大些的电池(选用已使用过一段时间的干电池)．
(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)在画UI图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线两侧，可舍弃个别离直线较远的点，以减小偶然误差．
(4)干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况，使下部大面积空间得不到利用．为此，可使纵坐标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)，如图乙所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小．此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线与纵轴交点的纵坐标仍为电动势．要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝，计算出电池的内阻r.

命题点一　实验原理与操作
　(2020·山东卷)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________．
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．
序号
1
2
3
4
5
6
7
I/A
0.08
0.14
0.20
0.26
0.32
0.36
0.40
U/V
1.35
1.20
1.05
0.88
0.73
0.71
0.52
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，将实物图(图丁)连接成完整电路．
解析：(1)电压表示数的变化范围小，原因是外电阻的阻值远大于电源内阻，选项B正确．
(2)①根据数据描点并连成一条直线，如图1所示．

图1
②由图像可知E＝1.55 V，U＝0时I＝0.59 A，
故r′＝＝2.63 Ω，由于2 Ωr；图乙中由于电压表的分流作用，所测电阻为电源内阻与电压表电阻的并联值，r乙测Ig，因此当毫安表的示数为Ig时，实际流过电阻箱的电流I箱>Ig
由于IgRg＝I箱R
所以有R