粤教版选修31物理《实验测电源电动势和内阻》学案含答案.docx

粤教版选修31物理《实验测电源电动势和内阻》学案含答案.docx

《粤教版选修31物理《实验测电源电动势和内阻》学案含答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粤教版选修31物理《实验测电源电动势和内阻》学案含答案.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

粤教版选修31物理《实验测电源电动势和内阻》学案含答案

实验：

测电源电动势和内阻

一、实验目的

1．掌握测量电源电动势和内阻的原理．

2．能够画出测电源电动势和内阻的原理图，并能连好实物图．

3．能够运用“代数法”和“图象法”处理实验数据．

二、实验原理

本实验的依据是闭合电路的欧姆定律，实验电路如图1所示．改变变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组U、I值，由U＝E－Ir可得E＝

、r＝

．以上方法误差较大，为减小误差，实验中至少测出6组U、I值，且变化范围要大些，然后在U-I图中描点作图，所得直线跟纵轴的交点即为电动势值，图线斜率的绝对值即为内阻r的值．如图2所示．

三、实验器材

电池（被测电源）、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸．

四、实验步骤

1．连接电路．

（1）电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按图1连接好电路．

2．测量与记录．

（1）把变阻器的滑片移动到使用阻值最大的一端．

（2）闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据（I1、U1）．用同样方法测量几组I、U值．

3．数据处理、整理器材．

（1）断开开关，拆除电路整理好器材．

（2）取坐标纸，以电流I为横轴，路端电压U为纵轴，描绘出所记录的各组I、U值的对应点，连成U-I图线．延长U-I图线，它与坐标轴有两个交点，读取E、I短，进一步可以算出r＝

＝

，如图2所示．

五、注意事项

1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选大些（选用已使用过一段时间的干电池）．

2．在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时老化现象严重，使得E和r明显变化．

3．测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，类似于逐差法，要将测出的I、U数据中，第1组和第4组为一组，第2组和第5组为一组，第3组和第6组为一组，分别解出E、r值再求平均．

4．干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况，使下部大面积空间得不到利用．为此，可使纵坐标不从0开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从0开始），如图乙所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小．此时图线与横轴交点不表示短路电流而图线与纵轴的截距仍为电动势．要在直线上任取两个相距较远的点，用来计算电池的内阻r，r＝

.

六、误差分析

由于实验电路及电压表、电流表内阻的影响，本实验结果E测

七、测量电源电动势和内阻的新方法

1．利用电阻箱和电流表测定电源的电动势E和内阻r.电路图如图所示．原理：

改变电阻箱的阻值，记录R与I.

应用

解得E、r.

为了准确可多测几组数据，求平均值，也可以用图象处理，误差为E测＝E真，r测>r真．

2．利用电阻箱和电压表测定电源的电动势E和内阻r.电路图如图所示．

应用

解得E、r.

为了准确可多测几组数据，求平均值，也可以用图象处理，误差为E测

一、单项选择题

1．在测定电源电动势和内阻的实验中，为使实验效果明显且不会损坏仪器，应选择下列电源中的（A）

A．内阻较大的普通干电池

B．内阻较小的普通蓄电池

C．小型交流发电机

D．小型直流发电机

解析：

在测定电源电动势和内阻的实验中，其U-I图象斜率较大的误差小，效果明显，即应选内阻较大的电源，排除B选项．由于发电机的电流、电压不稳定，且数值可能比较大，易损坏仪器，C、D两项错误．

2．下面给出了几种在“伏安法测电池电动势和内阻”的实验中数据处理方法，其中既科学、直观，又能减小偶然误差的方法是（C）

A．测出两组I、U的数据，代入方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r中，即可求出E和r

B．多测几组I、U的数据，求出几组E和r，最后分别求出其平均值

C．测出多组I、U的数据，画出U-I图象，再根据图象求E、r

D．多测出几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出开路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r

解析：

图象法比计算法更直观、更容易发现偶然误差并进行纠正．因此在实验中多采取图象法处理数据．所以选C项．

3．为测定某一电池的电动势和内电阻，下面几组器材中，不能完成实验的是（B）

A．一只电流表、一只电压表、一只变阻器、开关和导线

B．一只电流表、两只滑动变阻器、开关和导线

C．一只电流表、一只电阻箱、开关和导线

D．一只电压表、一只电阻箱、开关和导线

解析：

在测电源的电动势和内阻实验中，除了最常用的伏安法（电压表、电流表和滑动变阻器）外，通常还会用到安阻法（电流表、电阻箱）、伏阻法（电压表、电阻箱）、等效法等．所以选B项．

二、不定项选择题

4．如图所示为某一电源的U-I曲线，由图可知（ABD）

A．电源电动势为2V

B．电源内电阻为0.2Ω

C．电源短路时电流为6A

D．电路路端电压为1V时，电路中电流为5A

解析：

直线与纵轴交点的纵坐标就是电源的电动势的大小E，所以A项正确，直线与横轴交点的坐标不是电源的短路电流I0，所以C项错误，图线斜率的绝对值为电源内阻r的大小，所以r＝0.2Ω，B项正确．电路路端电压为1V时，内电压为U内＝E－U外＝2－1＝1V，电路中电流为I＝

＝

＝5A，D项正确．

5．如图所示是两个不同电源的U-I特性曲线，下列判断正确的是（D）

A．电动势E1＞E2，发生短路时的电流I1＞I2

B．电动势E1＝E2，内阻r1＞r2

C．电动势E1>E2，内阻r1＜r2

D．当两电源均接阻值为R的电阻时，电源2消耗的功率比较小

解析：

直线与纵轴交点的纵坐标就是电源的电动势的大小E，E1＝E2；图线斜率的绝对值为电源内阻r的大小，r1

6．如图所示是根据某次实验数据画出的U-I图象．下列关于这个图象的说法正确的是（AD）

A．由曲线与纵轴的交点可知，电源的电动势E＝3V

B．横轴截距表示短路电流，即I短＝0.6A

C．根据r＝

，计算出待测电源的内阻为5Ω

D．根据r＝

，计算出待测电源的内阻为1Ω

解析：

直线与纵轴交点的纵坐标就是电池的电动势的大小E，A项正确．图线斜率的绝对值为电源内阻r的大小，D项正确．当纵坐标从0开始时，直线与横轴交点的坐标才是电源的短路电流I0，所以B、C两项错误．

7．在测定一节干电池（电动势约为1.5V，内阻约为2Ω）的电动势和内阻的实验中，下列可选用的变阻器和电压表为（BC）

A．电压表量程为15V

B．电压表量程为3V

C．变阻器为20Ω，1A

D．变阻器为500Ω，0.1A

解析：

待测电源电动势约为1.5V，所以电压表选用0～3V的量程，选B项．滑动变阻器一般采用限流接法，为了方便调节，要选阻值稍小的滑动变阻器．干电池的允许电流一般在0.5A左右，滑动变阻器的允许电流应尽量大于0.5A，排除D项．

8．如图所示为“测定电源电动势和内阻”的实验电路图，通过变阻器阻值的改变得到两组数据（U1，I1）和（U2，I2），则下列说法正确的是（AC）

A．如果两个表的示数是准确的，则r＝

B．如果两个表的示数是准确的，则r＝

C．受RV的大小影响，E、r的测量值比真实值偏小

D．RV越大，对E、r的影响越大

解析：

本题考查计算法求E、r，由方程组E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r得r＝

，如题所示电路，可等效为电压表与电源并联，当外电路断开时，电源与电压表串联，则E′＝IR＝

，比真实值偏小，r′＝

，比真实值偏小；可得RV越大，对E、r的影响越小，所以D项错误C项正确．

三、非选择题（按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位）

9．在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中．

（1）备有如下器材：

A．干电池1节；

B．滑动变阻器（0～20Ω）；

C．滑动变阻器（0～1kΩ）；

D．电压表（0～3V）；

E．电流表（0～0.6A）；

F．电流表（0～3A）；

G．开关、导线若干

其中滑动变阻器应选________，电流表应选________．（只填器材前的序号）

（2）为了最大限度地减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图．

解析：

由于干电池的电动势只有1.5V，滑动变阻器应选B，电流表应选E.

答案：

（1）B　E

（2）如图所示

10．如图所示是测量两节干电池组成的串联电池组的电动势和内电阻的实验所用器材，用实线将它们连成实验电路．

解析：

本题考查实验电路的实物连线．首先画出实验电路图如图甲所示，依据电路图连接实物图如图乙所示，因为待测电源电动势约为3V，所以电压表选用0～3V的量程，干电池的允许电流一般在0.5A左右，所以电流表应选用0～0.6A的量程；注意开关闭合前，要使滑动变阻器接入电路的阻值尽量大些，保护电流表以防烧毁，电压表不要直接接在电源的两极上，要受开关的控制．

答案：

如图乙所示

点评：

连接实物电路图时，要注意以下几点：

（1）先画出电路图（原理图），这是连接实物图的依据．

（2）先连接干路，再连接支路．

（3）注意电源的正负极、电表的正负接线柱、电表量程的选择以及滑动变阻器接线柱的合理选用．

11．用电流表和电压表测定电池的电动势E和内电阻r，所用的电路如图甲所示，一位同学测得六组数据如下表中所示.

组别

I/A

U/V

1

0.12

1.37

2

0.20

1.32

3

0.31

1.24

4

0.32

1.18

5

0.50

1.10

6

0.57

1.05

（1）试根据这些数据在图乙中作出U-I图象．

（2）根据图线得出电池的电动势E＝________V，电池的内电阻r＝________Ω.

（3）若不作出图线，只选用其中两组U和I数据，可利用公式E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r算出E和r，这样可能得出误差很大的结果，选用第________组和第________组的数据，求得E和r误差最大．

解析：

本题考查用图象法对实验数据进行处理．其解题步骤是描点、连线、找交点求斜率．连线的原则是使尽可能多的点在直线上，图象如下．直线与纵轴的交点是电动势E，斜率k的绝对值表示内阻r.由作出的图象可以看出第四组数据所对应的点偏离直线较远，所以选用第3、4组数据算出的结果误差最大．

答案：

（1）如下图所示

（2）1.46　0.72　（3）3　4

12．在做“用电流表和电压表测一节干电池的电动势和内电阻”的实验时：

（1）某同学在实验时使用的电流表量程为0～0.6A，电压表量程为0～3V，并加接了一个已知阻值的定值电阻R0，如图甲所示，试说明他加接此电阻的作用是______________________________________.

（2）如果某同学把R0接到图乙所示的位置，改变滑动变阻器的阻值，测出了两组对应的电流表和电压表示数U1、I1和U2、I2后，则测出的电源内阻的阻值为r＝________（用R0、U1、I1和U2、I2表示）．

解析：

在做测干电池的电动势和内电阻的实验时，为了精确读数，减小误差，通常会选用小量程的电流表．所以通常加一固定电阻，防止电流过大而烧坏电流表或电池．在乙图中可将R0和r看成一整体R，则R＝R0＋r，由方程组E＝U1＋I1R，E＝U2＋I2R，解得r＝R－R0＝

－R0.

答案：

（1）防止变阻器电阻过小时，电池被短路或电流表被烧坏（或限制电流，防止电源短路）　

（2）

－R0