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1、2013年高考物理考前指导测定电源的电动势和内电阻实验一、测定电源电动势的内阻实验目的1掌握用电压表和电流表测定电源电动势的内阻的方法与原理；2学习掌握用U一I图象处理数据的方法。实验器材电压表、电流表、滑动变阻器、电池、电键和导线【实验原理】如图所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路欧姆定律求出几组E、r值，最后分别算出它们的平均值。用作图法来处理数据：即在坐标纸上以I为横坐标、U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出U一I图象。如图所示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电阻r的值。【实验步骤】1电流表用0. 6 A量程，电压表用3V量程，按图
2、连接好电路；2把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端；3闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据（I、U），用同样方法测量几组I、U值，记录在自己设计的表格中；4打开电键，整理好器材；5处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。【数据处理】图象法处理实验数据1本实验中，为了减少实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据各次测出的U、I值，做图像所得图线延长线与U轴的交点即为电动势E，图线斜率的绝对值即为电源的内阻r，即，如图所示。2应注意当电池内阻较小时，U的变化较小，图象中描出的点呈现如图甲所示状态，下面大面积空间得不到利用，所描得点及做出的图线误差较大。为此，可
3、使纵轴不从零开始，如图乙所示，把纵坐标比例放大，可使结果误差小些。此时，图线与纵轴的交点仍代表电源的电动势，但图线与横轴的交点不再代表短路状态，计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点，由它们的坐标值计算出斜率的绝对值，即为内阻r。【误差分析】实验电路的设计有如图所示的甲、乙两种情况、该实验采取的是乙种情况。现分析如下：若采用图甲电路，根据闭合电路的欧姆定律，有解得若考虑电流表和电压表内阻，则应有解得比较得虽然测得电源电动势E的测量值是准确的，但由于电源内阻r与电流表内阻相差不大，故内阻r的测量误差太大，所以不能采用该电路。若采用图乙电路，考虑电流表和电压表内阻，根据闭合电路欧姆定律，有解得比较
4、得，但由于很大，故误差较小，所以实验采用的是该电路。从以上分析可以看出，当采用图甲电路时，误差来源于电流表的分压，虽然电动势的测量是准确的，但电源内阻的测量误差太大当采用图乙电路时，误差来源于电压表的分流，虽然电动势和内阻的测量都小于真实值，但误差很小。【注意事项】1为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些（选用已使用过一段时间的干电池）；2电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A，因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完后应立即断电；3测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程
5、组求解，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组，第2和第5为一组，第3和第6为一组，分别解出E、r值再求平均值；4画出U一I图，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度；5计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用计算出电源的内阻。【2013高考突破】1(7分)图为测量某电源电动势和内阻时得到的UI图线用此电源与三个阻值为3的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8V.则该电路可能为 ()2(7分)用图所示电路测量电池电动势和内阻时，若有两只电压表V1、V2量程相同，内阻分别为RV1、RV2，且R
6、V1RV2；两只电流表A1、A2量程相同，内阻分别为RA1、RA2，且RA1RA2，在实验中，为了使E、r的测量值精确些，选择的电表可以是()AV1与A1BV1与A2CV2与A1 DV2与A2【答案】AB3(9分)用如图所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：(a)电流表(量程0.6A、3A)(b)电压表(量程3V、15V)(c)定值电阻(阻值1、额定功率5W)(d)定值电阻(阻值10、额定功率10W)(e)滑动变阻器(阻值范围010、额定电流2A)(f)滑动变阻器
7、(阻值范围0100、额定电流1A)那么(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择_V，电流表的量程应选择_A；R0应选择_的定值电阻，R应选择阻值范围是_的滑动变阻器(2)引起该实验系统误差的主要原因是_4(9分)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池该同学想测量一个这个电池的电动势E和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9，可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig0.6A，内阻rg0.1)和若干导线请根据测定电动势E和内电阻r的要求，设计图1中器件的连接方式，画线把它们连接起来接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，并作记录当电阻箱的阻值
8、R2.6时，其对应的电流表的示数如图2所示处理实验数据时，首先计算出每个电阻值I的倒数；再制作R坐标图，如图3所示，图中已标注出了(R，)的几个与测量对应的坐标点请你将与图2实验数据对应的坐标点也标注在图3上在图3上把描绘出的坐标点连成图线根据图3描绘出的图线可得出这个电池的电动势E_V，内电阻r_.5(9分)图1是利用两个电流表和测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图图中S为开关，R为滑动变阻器，固定电阻R1和内阻之和为10000(比r和滑动变阻器的总电阻都大得多)，为理想电流表(1)按电路原理图在图2虚线框内各实物图之间画出连线(2)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至_(填“a端
9、”、“中央”或“b端”)(3)闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置，读出电流表和的示数I1和I2.多次改变滑动端c的位置，得到的数据为I1(mA)0.1200.1250.1300.1350.1400.145I2(mA)48040032023214068在图3所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1I2曲线(4)利用所得曲线求得电源的电动势E_V，内阻r_.(保留两位小数)(5)该电路中电源输出的短路电流Im_A.【答案】(1)连线如图1所示(2)b端(3)如图2所示(4)1.49(在1.481.50范围内同样给分)0.60(在0.550.65范围内同样给分)(5)2
10、.5(在2.32.7范围内同样给分)6(12分)测量电源的电动势E及内阻r(E约为6V，r约为1.5)器材：量程3V的理想电压表V，量程0.6A的电流表A(具有一定内阻)，固定电阻R8.5，滑动变阻器R(010)，开关S，导线若干(1)画出实验电路原理图图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出(2)用笔画线代替导线在下图中完成实线连接(3)实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2，则可以求出E_，r_.(用I1，I2，U1，U2及R表示)【答案】(1)(2)如图(3)R7(12分)用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r，所给的器材有：A电压表：0
11、3V15VB电流表：00.6A3AC变阻器R1(总电阻20)D变阻器R2(总电阻100)；以及电键S和导线若干(1)画出实验电路图(标明变阻器规格)(2)如图所示的UI图上是由实验测得的7组数据标出的点，请你完成图线，并由图线求出E_V，r_.(3)若只选用两组数据，用欧姆定律算出E、r，有可能误差较大，若选用第_和第_组数据误差最大【解析】(1)电路图如答案图(2)如图，由纵轴截距可得电动势E1.5V，由r|，可得干电池的内阻r0.5.(3)5、6组数据误差较大【答案】(1)电路图如图所示(2)图见解析1.50.5(3)568(12分)按右图所示的电路测量两节干电池串联组成的电池组的电动势E
12、和内阻r，其中R为电阻箱，R0为定值电阻，干电池的工作电流不宜超过0.5A.实验室提供的器材如下：电流表(量程00.63.0A)，电阻箱(阻值范围0999.9)，定值电阻若干，开关、导线若干(1)在下面提供的四个电阻中，保护电阻R0应选用_(填写阻值相应的字母)A5B20C100D1(2)根据电路图，请在图甲中画出连线，将器材连接成实验电路(3)实验时，改变电阻箱R的值，记录下电流表A的示数I，得到若干组R、I的数据根据实验数据绘出如图乙所示的R图线，由此得出电池组的电动势E_V，内电阻r_.按照此实验方法，电动势的测量值与真实值相比_，内电阻的测量值与真实值相比_(填“偏大”、“偏小”、“相
13、等”)(3)2.93.00.91.1相等偏大9(12分)右图是测定电流表内电阻实验的电路图，电流表的内电阻约为100左右，满偏电流为500A，有电池作电源(1)实验室配有的可变电阻是A电阻箱，阻值范围为010B电阻箱，阻值范围为09999C电位器，阻值范围为0200D电位器，阻值范围为020k在上述配有的可变电阻中，电路图中的R应选用_；R应选用_(填字母代号)(2)某学生的实验步骤如下：先将R的阻值调到最大，合上S1，调节R的阻值，使电流表的指针指到满刻度合上S2，调节R和R的阻值，使电流表的指针指到满刻度的一半记下R的阻值指出上述实验步骤中有什么错误？答：_.(3)如果按正确实验步骤测得的
14、R的阻值为100，已知电流表的满偏电流为500A，现在要把它改装成2V的电压表，则串联的分压电阻R串为_.10(13分)现有一块59C2型的小量程电流表G(表头)，满偏电流为50A，电阻约为800850，把它改装成1mA、10mA的两量程电流表可供选择的器材有：滑动变阻器R1，最大阻值为20；滑动变阻器R2，最大阻值为100k；电阻箱R，最大阻值9999；定值电阻R0，阻值1k；电池E1，电动势1.5V；电池E2，电动势3.0V；电池E3，电动势4.5V(所有电池内阻均不计)；标准电流表A，满偏电流1.5mA；单刀单掷开关S1和S2；单刀双掷开关S3、S4；电阻丝及导线若干(1)采用如下图(甲)所示电路测量表头的内阻，为提高测量精确度，选用的滑动变阻器为_；选用的电池为_(2)将G改装成两量程电流表现有两种备选电路，如图(乙)、(丙)所示图_为合理电路，另一电路不合理的理由是_- 12 -