实验九　测定电源的电动势和内阻

考纲解读

1.掌握用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻的方法.2.掌握用图象处理实验数据的方法.3.掌握实物图连接的技巧．

基本实验要求

1．实验原理

(1)闭合电路的欧姆定律．

(3)用作图法处理数据，如图1所示．

①图线与纵轴交点为E；　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1

2．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．

3．基本操作

(1)连接电路．

(2)电流表用0.6A的量程，电压表用3V的量程；

(3)把滑动变阻器调到最大阻值处；

(4)闭合开关，调节变阻器，使表有明显的示数，记下一组数据，同理记录多组数据．

规律方法总结

1．实验数据求E、r的处理方法

(1)列多个方程组求解，再求E、r的平均值．

(2)图象法处理：以端电压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.

2．注意事项

(1)为了使端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池．

(2)电流不要过大，应小于0.5A，读数要快．

(3)要测出不少于6组的(U，I)数据，变化范围要大些．

(5)电流表要内接(因为r很小)．

3．误差来源

(1)偶然误差：用图象法求E和r时作图不准确．

(2)系统误差：电压表分流或电流表分压.

考点一　对实验原理及数据处理的考查

例1

　(·重庆理综·22(2))某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势E和内阻r，并探究电极间距对E和r的影响．实验器材如图2所示．

图2

①测量E和r的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U和流过电源的电流I，依据公式________，利用测量数据作出U－I图象，得出E和r.

②将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在图2中用笔画线代替导线连接电路．

③实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的U－I图象如图3中(a)、(b)、(c)、(d)所示，由此可知：

在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势________(填“增大”、“减小”或“不变”)，电源内阻________(填“增大”、“减小”或“不变”)．

曲线(c)对应的电源电动势E＝______V，内阻r＝______Ω.当外电路总电阻为Ω时，该电源的输出功率P＝________mW.(均保留三位有效数字)

图3

实物图连接的技巧

实物图连接是一类考查学生实验技能和操作能力较为有效的题型，连线前一

定要画出实验电路图，然后按图连线，且必须注意以下几点：(1)连线不能交叉；

(2)必须把线接在接线柱上；(3)电流应从电表正接线柱流入，从负接线柱流出；

(4)变阻器应处在有效控制状态．在实际操作中，画电路图时，各元件的相对位置

应尽量与实物图相吻合；连实物图时，应先串后并，先连控制电路后连测量电路．

要特别注意变阻器的分压连接，把变阻器的全电阻、开关、电源连成干路，取变

阻器的部分电阻与测量电路并联即可．

考点二　对实验故障的判断的考查

例2

　在做测量一只蓄电池(电动势约为2.2V，内阻很小)的电动势和内阻的实验时，备有下列器材供选用：

A．定值电阻(阻值已知为R1＝1Ω，额定功率约5W)

B．定值电阻(阻值已知为R2＝10Ω，额定功率约10W)

C．直流电流表(量程0～0.6A～3A，内阻不能忽略)

D．直流电压表(量程0～3V～15V，内阻较大)

E．滑动变阻器(阻值范围0～10Ω)

F．滑动变阻器(阻值范围0～Ω)

G．电键

H．导线若干

(1)为防止电源短路，用作保护电阻的定值电阻选用______(填“A”或“B”)；滑动变阻器选用________(填“E”或“F”)．

(2)某同学将选定的器材在实物图4上连线完成了实验电路，闭合电键后无论怎样移动滑片P，发现电压表示数约为2.2V不变，电流表的示数几乎为零，若电路中只有一处故障，则电路故障可能是下述中的________．

A．b、c间断路

B．a、b间某点电阻丝断路

C．P与电阻丝未接通

D．保护电阻断路

图4

(3)排除故障后，某小组讨论发现图中有一条导线连接错误，请在错误导线上画上“×”，并画出正确接线．

(4)改正错误后按正确操作完成实验，根据实验记录，将测量数据描点如图5，请在图上作出相应图象．则待测蓄电池的电动势E为________V，内阻r为________Ω.(结果均保留三位有效数字)

图5

测电源的电动势和内阻的其他几种方法

1．安阻法：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图6所示，测量原理为：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大．

图6

图7

图8

例3

　某研究性学习小组采用如图9所示的电路测量某干电池的电动势

E和内阻r，R为电阻箱，V为理想电压表，其量程略大于电池的电

动势．实验中通过多次改变电阻箱的阻值R，从电压表上读出相应的

示数U，该小组同学发现U与R不成线性关系，于是求出了相应的　　　　图9

电阻与电压的倒数如下表所示.

回答下列问题：

(1)根据表中的数据和实验原理，你认为第______(填序号)组数据是错误的，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

图片含 　　 　　图13 　　 　　 　　 　　 　　图14

图15

(iii)从图线中可求得E＝________V.

3．某同学在“用电流表和电压表测电池的电动势和内阻”的实验中，

串联了一只2.5Ω的保护电阻R0，实验电路如图16所示．

(1)连好电路后，当该同学闭合电键时，发现电流表示数为0，

电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未　　

发生短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a、b，b、c，d、e时，示数均为0，把两表笔接c、d时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是________________．

(2)按电路原理图及用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接c、d时的实物电路图如图17所示，请以笔画线代替导线连接起来．

4．在“测量电源的电动势和内阻”的实验中，因找不到合适的电流表，某同学设计了如图18所示的测量电路，图中器材规格如下：

图18

电源E(电动势约为3V，内阻未知)

电压表V1(量程0～3V，内阻约3kΩ)　　

电压表V2(量程0～3V，内阻很大)

滑动变阻器R(0～20Ω)

定值电阻R0＝2Ω

(1)请根据电路图在图19中完成实物连线．

图19

(2)下表是该同学的实验数据表格，请根据表中数据在图20所示坐标纸中作出U1－U2图线.

图20

(3)根据图线可求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(结果保留3位有效数字)

5．在“测定电池的电动势和内阻”的实验中

(1)第一组同学利用如图21所示的实验装置测量，电压表应选择量程________(填“3V”或“15V”)，实验后得到了如图22所示的U－I图象，则电池内阻为________Ω.(电压表、电流表均为理想电表)

图21 　　 　　 　　图22

(2)第二组同学也利用图21的实验装置测量另一节干电池，初始时滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上电键后发现P向左滑过一段距离后电流表才有示数．设滑片P向左滑动的距离为x，该组同学分别作出了电压表读数U与x、电流表读数I与x的关系图，如图23所示，则根据图象可知，电池的内阻为________Ω.

图23

6．小明要测量一电源的电动势E和内阻r，实验器材有：一只DIS电流传感器(可视为理想电流表，测得的电流用I表示)，一只电阻箱(阻值用R表示)，一只开关和导线若干．该同学设计了如图24所示的电路进行实验和采集数据．

图24

(1)小明设计该实验的原理表达式是________(用E、r、I、R表示)；

(2)小明在闭合开关之前，应先将电阻箱阻值调至________(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)，在实验过程中，将电阻箱调至如图25所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为________Ω；

图25

图26