2025年高中物理复习讲解实验十三 测量电源的电动势和内阻.doc

实验十三测量电源的电动势和内阻

1.实验原理

闭合电路的欧姆定律。

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.实验步骤

(1)电流表用0.6A的量程，电压表用3V的量程，按图1连接好电路。

图1

(2)把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端。

(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。

1.用实验数据求E、r的处理方法

(1)列方程求解：由U＝E－Ir得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(U1＝E－I1r,U2＝E－I2r))，解得E、r。

(2)用作图法处理数据，如图2所示。

图2

①图线与纵轴交点为E。

②图线与横轴交点为I短＝eq\f(E,r)。

③图线的斜率表示r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|。

2.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0.5A，读数要快。

(3)要测出不少于6组的(I，U)数据，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＝|eq\f(ΔU,ΔI)|确定。

3.误差来源

(1)偶然误差：用图像法求E和r时作图不准确。

(2)系统误差：电压表分流。

(3)本实验中测量结果是：E测＜E真，r测＜r真。

命题点一教材原型实验

【例1】(2020·山东卷，14)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1.5V，内阻小于1Ω)；

电压表V(量程3V，内阻约3kΩ)；

电流表A(量程0.6A，内阻约1Ω)；

滑动变阻器R(最大阻值为20Ω)；

定值电阻R1(阻值2Ω)；

定值电阻R2(阻值5Ω)；

开关一个，导线若干。

（1）该小组按照图3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________。(单选，填正确答案标号)

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

图3

(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图丙上已标出后3组数据对应的坐标点，请在图丙上标出前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，将图丁中的实物图连接成完整电路。

答案(1)B(2)①如图所示

②R1③如图所示

解析(1)路端电压U＝eq\f(E,R＋r)R＝eq\f(E,1＋\f(r,R))，若电源内阻远小于外电路总电阻，则电压表示数总是接近电源的电动势，变化范围小，故B项正确。

(2)①在坐标纸上根据前4组数据描出对应的坐标点并画出U－I图像，见答案图所示。

②由画出的U－I图线知等效电源内阻r′＝eq\f(1.57,0.60)Ω≈2.62Ω，表示干电池内阻与定值电阻之和，因此所选的定值电阻一定小于2.62Ω，故所选电阻应为R1。

③连接实物图时，从电源正极出发，依次连接各器材，电压表并联在滑动变阻器和电流表两端，注意电流从正接线柱流入，负接线柱流出。

【针对训练1】(2021·常州模拟)为准确测量电源的电动势和内电阻，实验室提供有下列器材：

灵敏电流计G(内阻约为50Ω)；

电压表V(0～3V，内阻约为10kΩ)；

电阻箱R1(0～9999Ω)；

滑动变阻器R2(0～100Ω，1.5A)；

旧干电池一节；

导线开关若干。

(1)某实验小组先测灵敏电流计的内阻，电路如图4甲所示，测得电压表示数为2V，灵敏电流计示数为4mA，电阻箱旋钮位置如图乙所示，则灵敏电流计内阻为________；

图4

(2)该实验小组将电阻箱与灵敏电流计并联，将灵敏电流计的量程扩大为原来的10倍。调节好后连接成如图丙所示的电路测量干电池的电动势和内阻，调节滑动变阻器读出几组电压表和电流计的示数如下表，请在图5所示的坐标系中选择合理的标度，作出对应的U－IG图线；

U/V

0.8

0.