實驗九測定電源的電動勢和內阻 第七章恒定電流 實驗目的1 掌握用電壓表和電流表測定電源的電動勢和內阻的方法 進一步理解閉合電路的歐姆定律 2 掌握用圖象法求電動勢和內阻的方法 實驗原理1 實驗電路 如圖所示 2 實驗原理 閉合電路的歐姆定律 實驗器材電池 被測電源 電壓表 電流表 滑動變阻器 開關 導線 坐標紙 鉛筆 實驗步驟1 電流表用0 6a量程 電壓表用3v量程 按圖連接好電路 2 把變阻器的滑片移動到使阻值最大的一端 3 閉合電鍵 調節變阻器 使電流表有明顯示數 記錄一組電流表和電壓表的示數 用同樣方法測量并記錄幾組i u值 并填入表格中 4 斷開開關 拆除電路 整理好器材 數據處理本實驗中數據的處理方法 一是聯立方程求解的公式法 二是描點畫圖法 法一 取六組對應的u i數據 數據滿足的關系式u1 e i1r u2 e i2r u3 e i3r 讓第1式和第4式聯立方程 第2式和第5式聯立方程 第3式和第6式聯立方程 這樣解得三組e r 取其平均值作為電池的電動勢e和內阻r的大小 法二 以路端電壓u為縱軸 干路電流i為橫軸建立u i坐標系 在坐標平面內描出各組 u i 值所對應的點 然后盡量多地通過這些點作一條直線 不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側 如圖2所示 則 1 圖線與縱軸交點為e 2 圖線與橫軸交點為i短 e r 3 圖線的斜率表示r u i 誤差分析1 由讀數誤差和電表線性不良引起誤差 2 用圖象法求e和r時 由于作圖不準確造成的誤差 3 本實驗采用的如圖1所示的測量電路是存在系統誤差的 這是由于電壓表的分流iv引起的 使電流表的示數i測小于電池的輸出電流i真 因為i真 i測 iv 而iv u rv u越大 iv越大 u趨近于零時 iv也趨近于零 所以此種情況下圖線與橫軸的交點為真實的短路電流 而圖線與縱軸的交點為電動勢的測量值 比真實值偏小 修正后的圖線如圖3所示 顯然 e r的測量值都比真實值偏小 r測r真 注意事項1 為了使電池的路端電壓變化明顯 電池的內阻應選的大些 選用已使用過一段時間的干電池 2 在實驗中不要將i調得過大 每次讀完u i讀數立即斷電 以免干電池在大電流放電時極化現象過重 使得e r明顯變化 3 測出不少于6組i u數據 且變化范圍要大些 用方程組求解時 類似于逐差法 要將測出的i u數據中 第1和第4組為一組 第2和第5組為一組 第3和第6組為一組 分別解出e r值再求平均值 4 在畫u i圖線時 要使較多的點落在這條直線上 或使各點均勻分布在直線的兩側 而不要顧及個別離開直線較遠的點 以減小偶然誤差 干電池內阻較小時 u的變化較小 此時 坐標圖中數據點將呈現如圖甲所示的狀況 使下部大面積空間得不到利用 為此 可使縱坐標不從零開始而是根據測得的數據從某一恰當值開始 橫坐標i必須從零開始 如圖乙所示 并且把坐標的比例放大 可使結果的誤差減小 此時圖線與橫軸交點不表示短路電流 而圖線與縱軸的截距仍為電動勢 要在直線上任取兩個相距較遠的點 用r u i 計算出電池的內阻r 拓展創新測量電源電動勢和內阻的其他方法1 安 阻法用一個電流表和電阻箱測量 電路如圖 測量原理為 e i1 r1 r e i2 r2 r 由此可求出e和r 此種方法使測得的電動勢無偏差 但內阻偏大 考點一對基本方法的考察 2013 高考浙江卷 采用如圖所示的電路 測定電池的電動勢和內阻 1 除了選用照片中的部分器材外 填選項 a 還需要電壓表b 還需要電流表c 還需要學生電源d 不再需要其他器材 2 測量所得數據如下 用作圖法求得電池的內阻r 3 根據第5次所測得的實驗數據 求得電流表內阻ra 1 由電路圖可知為伏安法測電池電動勢和內阻的實驗 因此還需要電壓表 應選a 2 作圖如下 由u e ir可知圖線的斜率為內阻 即r 0 75 0 10 3 由第5次所測數據r ra u i 1 00 0 62 0 62 得ra 0 62 0 4 0 22 答案 1 a 2 見解析 3 0 22 考點一對基本方法的考察 1 2012 高考福建卷 某研究性學習小組欲測定一塊電池的電動勢e 1 先直接用多用電表測定該電池電動勢 在操作無誤的情況下 多用電表表盤示數如下圖 其示數為 v 2 然后 用電壓表 v 電阻箱r 定值電阻r0 開關s 若干導線和該電池組成電路 測定該電池電動勢 根據電路圖 用筆畫線代替導線 將實物圖連接成完整電路 考點一對基本方法的考察 閉合開關s 調整電阻箱阻值r 讀出電壓表 v相應示數u 該學習小組測出大量數據 分析篩選出下表所示的r u數據 并計算出相應的1 r與1 u的值 請用表中數據在坐標紙上描點 并作出1 u 1 r圖線 從圖線中可求得e v 考點一對基本方法的考察 1 選擇中間標尺 10v量程最小刻度為0 2v 因此示數為47 0 5v 9 4v 2 依電路圖連接實物圖如圖所示 據表格數據描點所作圖象如圖所示 答案 1 9 4 2 實物連線見解析 圖線見解析 10 0 9 5 11 1均可 考點一對基本方法的考察 考點二創新性實驗 2013 高考福建卷 硅光電池在無光照時不產生電能 可視為一電子元件 某實驗小組設計如圖甲電路 給硅光電池加反向電壓 硅光電池負極接高電勢點 正極接低電勢點 探究其在無光照時的反向伏安特性 圖中電壓表v1量程選用3v 內阻為6 0k 電壓表v2量程選用15v 內阻約為30k r0為保護電阻 直流電源電動勢e約為12v 內阻不計 1 根據圖甲 用筆畫線代替導線 將圖乙連接成完整電路 考點二創新性實驗 2 用遮光罩罩住硅光電池 閉合開關s 調節變阻器r 讀出電壓表v1 v2的示數u1 u2 某次測量時 電壓表v1示數如圖丙 則u1 v 可算出通過硅光電池的反向電流大小為 ma 保留兩位小數 該小組測出大量數據 篩選出下表所示的9組 u1 u2數據 算出相應的硅光電池兩端反向電壓ux和通過的反向電流ix 表中 表示反向 并在坐標紙上建立ix ux坐標系 標出了與表中前5組ux ix數據對應的5個坐標點 請你標出余下的4個坐標點 并繪出ix ux圖線 1 見答案 2 v1選用的是3v量程 則刻度盤的最小分度為0 1v 按 十分之一 估讀法應估讀到0 01v 故讀得結果為1 40v 因v1與硅光電池串聯 故通過硅光電池的反向電流與通過v1的電流相同 i u1 rv1 1 40v 6 0k 0 23ma 圖見答案 因ix ux圖線為一條曲線 故ix與ux成非線性關系 答案 1 連線如圖 2 1 400 23 描點繪出ix ux圖線如圖 非線性 考點二創新性實驗 2 2014 中山模擬 小明要測定一電源的電動勢e和內電阻r 實驗器材有 一只dis電流傳感器 可視為理想電流表 測得的電流用i表示 一只電阻箱 阻值用r表示 一只開關和導線若干 該同學設計了如圖甲所示的電路進行實驗和采集數據 考點二創新性實驗 1 小明設計該實驗的原理表達式是 用e r i r表示 2 小明在閉合開關之前 應先將電阻箱阻值調至 選填 最小值 最大值 或 任意值 在實驗過程中 將電阻箱