1、二、實驗原理 閉合電路歐姆定律UE-Ir，式中U為路端電壓，r為電源內(nèi)阻，I為流過電源的電流，E為電動勢，只要測得兩組(I，U)值，列方程組： U1E-I1r E=? U2E-I2r r=? 或多測幾組(I,U)值，畫出U-I圖線，利用圖線的截距和斜率求得E和r。,學(xué)案5 實驗(三)：測定電源的電動勢和內(nèi)阻,一、實驗?zāi)康?1.進(jìn)一步理解閉合電路歐姆定律，掌握用伏特表和電流表測定電源的電動勢和內(nèi)阻的方法。 2.進(jìn)一步熟悉電壓表、電流表、滑動變阻器的使用、量程選擇及電表內(nèi)阻對測量電路的影響。 3.掌握用圖象法求電動勢和內(nèi)阻的方法；理解并掌握路端電壓U與干路電流I的關(guān)系圖象(即U-I 圖象)，與縱、

2、橫坐標(biāo)軸交點坐標(biāo)的物理意義以及圖象斜率的物理意義。,三、實驗器材 電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙。,四、實驗步驟 1.連接電路，如圖7-5-1所示。電流表取 0.6A量程，電壓表取3 V量程，移動觸頭位 置，使電鍵剛閉合時，連入電路中的有效阻 值最大。 2.測幾組(I,U)值。閉合電鍵，移動變阻 器觸頭位置，使電流表有明顯示數(shù)，記下一 組(I,U)值；斷開電鍵，用同樣方法，多次移 動變阻器觸頭位置，記錄多組(I,U)值，然后 斷開電鍵。 3.建立坐標(biāo)系、描點?？v軸表示電壓，橫軸表示電流，取合適的標(biāo)度，使所描繪的圖線分布絕大部分坐標(biāo)紙，必要時縱坐標(biāo)可以不從零開始

3、計數(shù)。 4.根據(jù)描出的坐標(biāo)點作出U-I圖象。應(yīng)使圖象盡量多地通過描出的點，不在圖象上的點要盡量對稱地分布于圖線兩側(cè)。對于個別離圖線較遠(yuǎn)的點，誤差很大，應(yīng)堅決舍棄。 5.測算電動勢和內(nèi)電阻。準(zhǔn)確讀出U-I圖線與縱軸和橫軸的交點坐標(biāo)，并代入U=E-Ir中，算出E和r的值。,圖7-5-1,五、注意事項 1.應(yīng)使用內(nèi)阻大些(用過一段時間)的干電池；在實驗中不要將I調(diào)得過大；每次讀完U和I的數(shù)據(jù)后，應(yīng)立即斷開電源，以免干電池在大電流放電時，發(fā)生嚴(yán)重的極化現(xiàn)象，使得E和r明顯變化。 2.畫U-I圖象時，為畫圖準(zhǔn)確應(yīng)盡量利用坐標(biāo)紙，將圖象畫得較大，以提高精確度，并且縱軸坐標(biāo)可以不從零開始，用截距求E，用 斜

4、率r=| |求內(nèi)阻大小。 六、誤差分析 1.由于接線不緊，易造成接觸電阻，使內(nèi)阻測量值偏大。 2.每次讀完電表示數(shù)后，沒有立即斷電，而是長時間閉合開關(guān)S，甚至在改變滑動變阻器阻值的全過程中始終放電，造成電池電動勢E下降，內(nèi)阻r增大。 3.測量電路存在系統(tǒng)誤差，I真I測+IV中未考慮電壓表的分流作用。 4.用圖象法求E和r時，由于作圖不準(zhǔn)造成的偶然誤差。,【例1】2009年高考安徽理綜卷用圖7-5-2所示的電路，測定一節(jié)干電池的電動勢 和內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中用一 個定值電阻R0起保護(hù)作用。除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外，可供使用的實驗器材還有： (a)電流表(量

5、程0.6A、3A)； (b)電壓表(量程3 V、15V)； (c)定值電阻(阻值1、額定功率5 W)； (d)定值電阻(阻值10，額定功率10W)； (e)滑動變阻器(阻值范圍010、額定電流2A) (f)滑動變阻器(阻值范圍0100 、額定電流1A) 那么 (1)要正確完成實驗，電壓表的量程應(yīng)選擇_V，電流表的量程應(yīng)選擇_A；R0應(yīng)選擇_的定值電 阻，R應(yīng)選 擇阻值范圍是_的滑動變阻器。 (2)引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是_。,【解析】由于電源是一節(jié)干電池(1.5 V)，所以選量程為3V的電壓表；估算電流時，考慮到干電池的內(nèi)阻一般幾歐左右，加上保護(hù)電阻，最大電流在0.5 A左右，所以選量程

6、為0.6 A的電流表；由于電池內(nèi)阻很小，所以保護(hù)電阻不宜太大，否則會使得電流表、電壓表取值范圍小，造成的誤差大；滑動變阻器的最大阻值一般比電池內(nèi)阻大幾倍就好了，取010 能很好地控制電路中的電流和電壓，若取0100 會出現(xiàn)開始幾乎不變最后突然變化的現(xiàn)象。 關(guān)于系統(tǒng)誤差一般是由測量工具和所用測量方法造成的，一般具有傾向性，總是偏大或者偏小。本實驗中由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比測量值小，造成E測E真， r測r真。,熱點一 實驗器材的選擇,圖7-5-2,3,0.6,1,010,電壓表的分流,測量電源B的電動勢E及內(nèi)阻r(E約為4.5 V，r約為1.5 )。 器材：量程3V的理想電壓表 ，

7、量程0.5A的電流表 (具有一定內(nèi)阻)，固定電阻R= 4 ，滑動變阻器R，開關(guān)S，導(dǎo)線若干。 (1)畫出實驗電路原理圖。圖中各元件需用題目中給出的符號或字母 標(biāo)出。 (2)實驗中，當(dāng)電流表讀數(shù)為I1時，電壓表讀數(shù)為U1；當(dāng)電流表讀數(shù)為 I2時，電壓表讀數(shù)為U2。則可以求出E_，r=_。 (用I1、I2、U1、U2及R表示),1,【例2】“用電流表和電壓表測定電源的電動勢E和內(nèi)阻r”，所用的電路如圖7-5-3 所示，一位同學(xué)測得的6組數(shù)據(jù)如下表中所示。 (1)試根據(jù)這些數(shù)據(jù)，在圖7-5-4中作出U-I 圖線； (2)根據(jù)圖線得出電源的電動勢E=_V，內(nèi) 阻r=_； (3)若不作出圖線，只選用其中

8、兩組U和I的數(shù)據(jù)， 可利用公式E=U1+I1r 和E=U2+I2r算出E和r，這 樣做可能得出誤差很大的結(jié)果。選用第_組 和第_組的數(shù)據(jù)，求得E和r誤差最大。,熱點二 實驗數(shù)據(jù)的處理,圖7-5-3,圖7-5-4,1.45,0.70,3,4,【解析】(1)圖線如圖7-5-5所示 E1.45V，r=0.70 (3)第組和第組數(shù)據(jù)。 作圖線時，應(yīng)把個別不合理的數(shù)據(jù)排除，由直線與縱 軸的交點可讀出電動勢E=1.45 V，再讀出直線與橫軸的交 點的坐標(biāo)(U,I)，連同得出的E值代入E=U+Ir中， 得r=(E-U)/I=(1.45-1.10)/0.50 =0.70 。 選用第3組和第4組數(shù)據(jù)，求得的E和

9、r誤差最大。 不需要利用所給的6組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行計算，利用作圖就可看出這一點。選用這兩組數(shù)據(jù)求E和r，相當(dāng)于過圖中3和4兩點作一直線，利用此直線求出E和r，而此直線與所畫的直線偏離最大，實際上第4組數(shù)據(jù)不合理，已經(jīng)排除。,【名師支招】用圖象法處理數(shù)據(jù)是該實驗的一個重點，在高考中經(jīng)常出現(xiàn)。需要注意兩點： (1)作圖時，應(yīng)使盡量多的點分布在直線上，不在直線上的點均勻分布在直線兩側(cè)，個別離直線較遠(yuǎn)的點可忽略。 (2)如果U-I圖象坐標(biāo)原點是U軸、I軸的零點，那么圖線與U軸交點表示電動勢E，與I軸交點坐標(biāo)表示電源短路電流，內(nèi)阻r=E/I短；當(dāng)然，電源內(nèi)阻也可以用r=U/I求得。因此，要特別注意看縱坐標(biāo)的

10、起點是不是零。,圖7-5-5,2,甲同學(xué)設(shè)計了如圖7-5-6所示的電路測電源電動勢E及電阻R1和R2的阻 值。實驗器材有：待測電源E(不計內(nèi)阻)，待測電阻R1，待測電阻R2， 電壓表 (量程為1.5 V,內(nèi)阻很大)，電阻箱R(099.99 )，單刀單擲 開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2，導(dǎo)線若干。 (1)先測電阻R1的阻值。請將甲同學(xué)的操作補(bǔ)充完整：閉合S1，將S2切 換到a，調(diào)節(jié)電阻箱，讀出其示數(shù)r和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U1，保持電 阻箱示數(shù)不變，_，讀出電壓表的示數(shù)U2。則電阻R1的 表達(dá)式為R1_。 (2)甲同學(xué)已經(jīng)測得電阻R14.8 ，繼續(xù)測電源電動勢E和電阻R2的阻 值。該同學(xué)的做法是：閉合S

11、1，將S2切換到a，多次調(diào)節(jié)電阻箱，讀出多組電阻箱示數(shù)R和 對應(yīng)的電壓表示數(shù)U，由測得的數(shù)據(jù)，繪出了如圖7-5-7所示的 (1/U)-(1/R)圖線，則電源電動勢E=_V，電阻R2=_。 (3)利用甲同學(xué)設(shè)計的電路和測得的電阻R1，乙同學(xué)測電源電動勢E和 電阻R2的阻值的做法是：閉合S1，將S2切換到b，多次調(diào)節(jié)電阻箱， 讀出多組電阻箱示數(shù)R和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U，由測得的數(shù)據(jù)，繪出 了相應(yīng)的(1/U)-1/(R+R1)圖線，根據(jù)圖線得到電源電動勢E和電阻R2。 這種做法與甲同學(xué)的做法比較，由于電壓表測得的數(shù)據(jù)范圍_ (選填“較大”、“較小”或“相同”)，所以_同學(xué)的做法更恰當(dāng)些。,圖7-5-6

12、,圖7-5-7,將S2切換到b,1.43,1.2,較小,甲,【例3】某同學(xué)設(shè)計了一個如圖7-5-8所示的實驗電路，用來測定電 源的電動勢和內(nèi)阻。使用的實驗器材為：待測干電池組(電動勢 約3V)、電流表(量程0.6 A，內(nèi)阻小于1 )、電阻箱(099.99 )、 滑動變阻器(010 )、單刀雙擲開關(guān)一個、單刀單擲開關(guān)一個 及導(dǎo)線若干?？紤]到干電池的內(nèi)阻較小，電流表的內(nèi)阻不能忽略。 (1)該同學(xué)按圖7-5-8連線，通過控制開關(guān)狀態(tài)，測得電流表內(nèi)阻 約為0.20 。試分析該測量產(chǎn)生誤差的原因是 _ _。 (2)簡要寫出利用圖7-5-8所示電路測定電源的電動 勢和內(nèi)阻的實驗步驟： _； _ _。 (3

13、)圖7-5-9是由實驗數(shù)據(jù)繪出的(1/I)-R圖象，由此 求出待測干電池組的電動勢E=_V，內(nèi)阻 r=_。(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字),熱點三 實驗拓展創(chuàng)新,圖7-5-8,圖7-5-9,開關(guān)S接C時，電路中的總電阻減小，電路中的 總電流變大,打開K,把電阻箱阻值調(diào)到最大,S接在D上,減小電阻箱R的阻值,讀出幾組電阻箱R與電 流表的讀數(shù)I的值,2.86,2.38,【解析】(1)利用題中給出的電路圖測電流表的內(nèi)阻，先把S斷開，K接通，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，使電流表滿偏，然后S接C，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電流表半偏，此時電阻箱的讀數(shù)等于電流表的內(nèi)阻。但S接C時，電路中的總電阻減小，總電流變大，產(chǎn)生系統(tǒng)誤

14、差。 (2)利用題中電路圖可得出實驗步驟。 (3)根據(jù)閉合電路歐姆定律有 得, 可見在 圖象中，圖線的斜率k等于 ，由題圖7-5-9得 ，所以E= V2.86 V 由 和圖7-5-9知當(dāng)R= =6.0 時， =3.0 A-1 即3.0= ,而RA=0.2 ，得r=2.38 。,【名師支招】本題是一道設(shè)計型實驗題，近幾年高考中電學(xué)實驗較多，幾乎年年都考，試題靈活，考查范圍廣，在注重素質(zhì)教育、注重能力考查的趨勢下，更應(yīng)重視電學(xué)實驗的研究，并通過研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計實驗?zāi)芰投嘟嵌忍剿鲗嶒灲Y(jié)論的能力。,3,如圖7-5-10所示為一種測量電源電動勢的電路原理圖。 E為供電電源，ES為標(biāo)準(zhǔn)電源，EX為待測電源，RP是 限流電阻，R0是電流表的保護(hù)電阻，AB是均勻電阻 絲，長度為L。閉合S1進(jìn)行測量時，先將