高中人教物理选修3-1 第八章 实验十.doc

实验十　测定电源的电动势和内阻
一、基本原理与操作
原理电路图
操作要领
原理：闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir
(1)连接电路：按实验电路图连接好电路
(2)测量与记录：闭合开关，调节滑动变阻器，测量出多组I、U值，填入对应的表格中
二、数据处理
1．计算方法
解方程组求平均值
2．图象法：
画出电源的U－I图象，如图所示，
由U＝－rI＋E
(1)图线与纵轴交点为E
(2)图线斜率的绝对值表示r＝||
注意事项
(1)可选用旧电池：为了使电路的路端电压变化明显。
(2)电流不要过大，读数要快：干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻
r会明显增大。
(3)合理选择标度：为使图线分布空间大，如图所示，纵坐标可以不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，应根据r＝||确定。
误差分析
(1)用图象法求E和r时作图不准确。
(2)由于电流表或电压表的分压或分流存在系统误差。
(3)本实验中测量结果是：E测<E真，r测<r真。
热点一　教材原型实验
【例1】　利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。
(1)应该选择的实验电路是图1中的________(选填“甲”或“乙”)。
图1
(2)现有电流表(0～0.6 A)、开关和导线若干，以及以下器材：
A．电压表(0～15 V)
B．电压表(0～3 V)
C．滑动变阻器(0～50 Ω)
D．滑动变阻器(0～500 Ω)
实验中电压表应选用______；滑动变阻器应选用______；(选填相应器材前的字母)
(3)某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图2中的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U－I图线。
序号
1
2
3
4
5
6
电压U/V
1.45
1.40
1.30
1.25
1.20
1.10
电流I/A
0.060
0.120
0.240
0.260
0.360
0.480
图2
(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E＝________ V，内电阻r＝________ Ω。(结果保留2位小数)
解析　(1)干电池内电阻较小，远小于电压表内阻，选用甲电路时电源内电阻的测量值相对误差小。
(2)因为一节干电池的电压在1.5 V左右，所以电压表选用0～3 V量程的；为了便于调节，滑动变阻器选用变阻范围0～50 Ω的。
(3)作图过程略，如图：
(4)由U＝E－Ir知U－I图线在U轴上的截距表示E、斜率的绝对值表示r。
由图线可得E＝1.50 V，r＝0.83 Ω。
答案　(1)甲　(2)B　C　(3)见解析图
(4)1.50(1.49～1.51)　0.83(0.81～0.85)
热点二　实验拓展创新
命题角度　结合电表的改装测定电源的电动势和内阻
【例2】　某同学在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：
A．待测的干电池(电动势约为1.5 V，内阻小于1.0 Ω)
B．电流表A1(量程0～3 mA，内阻Rg1＝10 Ω)
C．电流表A2(量程0～0.6 A，内阻Rg2约为0.1 Ω)
D．滑动变阻器R1(阻值范围0～20 Ω，额定电流10 A)
E．滑动变阻器R2(阻值范围0～200 Ω，额定电流1 A)
F．电阻箱R0(阻值范围0～999 Ω)
G．开关和导线若干
(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图 a、b、c、d所示的四个参考实验电路，并计划用图象法处理实验数据，其中最合理的是图________所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能准确地进行测量，滑动变阻器应选________(填写器材前的字母代号)。
(2)该同学选出合理的实验电路后，把与R0串联的电流表当作量程为0～3 V的电压表使用，于是将电阻箱R0的阻值调至________ Ω。
(3)图3为该同学利用(1)中选出的合理的实验电路测出的数据绘出的I1－I2图线(I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数)，被测干电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω。(结果保留2位小数)
图3
解析　(1)将小量程电流表A1与电阻箱R0串联并将电阻箱调至某一合适的阻值从而将电流表改装为电压表，由此排除图a、图d所示的电路；对于图b所示的电路，根据闭合电路欧姆定律可得E＝(I1＋I2)r＋I1(Rg1＋R0)，对于图c所示的电路，根据闭合电路欧姆定律可得
E＝I2(Rg2＋r)＋I1(Rg1＋R0)，由于Rg2的准