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实验十三测量电源的电动势和内阻
1.理解测量电源电动势和内阻的实验原理——闭合电路欧姆定律.
2.掌握用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻的方法.
3.掌握实物图连接的技巧.
4.会用图像处理实验数据.
一、实验思路与操作
电路图与思路
操作要领
思路:根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir,改变外电路电阻R,用电流表和电压表测出U、I的两组数据,列出两个关于E、r的方程,从而解出E和r.
(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,改变滑动变阻器的阻值,读出电压表的读数U和电流表的读数I,并填入事先绘制好的表格中.
二、数据处理及分析
1.计算方法
2.图像法:画出电源的U-I图像,如图所示,由U=-rI+E?k=-r
(1)图线与纵轴交点为E;
(2)图线斜率的绝对值表示内阻,即r=ΔUΔI
注意事项
(1)电池选取:应选用内阻较大的电池.
(2)实验操作:实验中不宜将电流调得过大,电表读数要快,每次读完数后立即断开开关.
(3)数据要求:要测出不少于6组的(I,U)数据,且变化范围要大些.
(4)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.
误差分析
(1)用图像法求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:E测E真,r测r真.
考点一教材原型实验
例1[2023·湖北卷]某实验小组为测量干电池的电动势和内阻,设计了如图(a)所示电路,所用器材如下:
电压表(量程0~3V,内阻很大);
电流表(量程0~0.6A);
电阻箱(阻值0~999.9Ω);
干电池一节、开关一个和导线若干.
(1)根据图(a),完成图(b)中的实物图连线.
(2)调节电阻箱到最大阻值,闭合开关.逐次改变电阻箱的电阻,记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U.根据记录数据作出的U-I图像如图(c)所示,则干电池的电动势为________V(保留3位有效数字)、内阻为________Ω(保留2位有效数字).
(3)该小组根据记录数据进一步探究,作出1I-R图像如图(d)所示.利用图(d)中图像的纵轴截距,结合(2)问得到的电动势与内阻,还可以求出电流表内阻为________Ω(保留两位有效数字)
(4)由于电压表内阻不是无穷大,本实验干电池内阻的测量值________(填“偏大”或“偏小”).
例2[2023·浙江6月]在“测量干电池的电动势和内阻”实验中,
(1)部分连线如图1所示,导线a端应连接到________(选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上.正确连接后,某次测量中电压表指针位置如图2所示,其示数为________V.
(2)测得的7组数据已标在如图3所示U-I坐标系上,用作图法求干电池的电动势E=________V和内阻r=________Ω(计算结果均保留两位小数).
考点二探索创新实验
考向1实验方法方案的拓展(“电表+电阻箱”法)
实验
思路
实验
原理
E=I1(R1+r)
E=I2(R2+r)
E=U1+U1
E=U2+U2
图像
1I=1ER+
1U=rE
例3[2024·四川成都石室中学校考模拟预测]小明把一片铜片和一片镁片平行靠近插入一个橙子中,组成了一个水果电池.
(1)他先用多用电表测电池两端的电压,选择了直流电压2.5V挡,指针所在位置如图甲所示,则其读数为________V.小明认为这一读数即为电池的电动势,但小红认为不对,其原因是________________________________________________,为测量水果电池的电动势和内阻,小红再找来一个电阻箱、开关和导线若干,并选择了多用电表的直流电流挡,便开始着手连线测量.试在图乙方框中画出测量水果电池电动势和内阻的电路图.
(2)小红不断改变电阻箱的阻值,得到多组电阻箱阻值R和电流表的读数I,通过数据处理,得到如图丙所示的图像(图像中数据均取国际制单位).由于作图时漏写了横纵坐标表示的物理意义,但记得均在以下六个之中:I,I2,I-1,R,R2,R-1,请推理得出该水果电池的电动势为________V(结果保留两位小数),内阻为________Ω.
(3)利用这种方法测得的电动势E测和内阻r测与真实值E真和r真相比E测________E真,r测________r真(均填“大于”“等于”或“小于”).
例4[2024·江苏镇江统考三模]某同学用如下器材来测量电压表的内阻.
A.待测电压表(量程0~3V,内阻为几千欧)
B.电池组(电动势约3V,内阻可忽略)
C.电阻箱R(0~9999.9Ω)
D.开关和导线若干
(1)按图甲所示的电路测量
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