备考2019年高考物理一轮复习文档：第8章 实验10《测定电源的电动势和内阻》（含解析）

实验十　测定电源的电动势和内阻
板块一　主干梳理·夯实基础
　实验原理与操作
◆　实验目的
1.测定电源的电动势和内阻。
2.掌握用图象法求电动势和内阻。
◆　实验原理
1．实验依据闭合电路欧姆定律。

2.实验电路：如图所示。
3.E和r的求解：由U＝E－Ir
得：，
解得：
4．作图法数据处理，如图所示

(1)图线与纵轴交点为电动势E。
(2)图线与横轴交点为短路电流I短＝。
(3)图线的斜率的绝对值表示内阻r＝。
◆　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、铅笔。
◆　实验步骤
1.电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按实验原理图所示连接好电路。
2.把滑动变阻器的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一端。
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)。用同样方法测量几组I、U值，填入表格中。


4.断开开关，拆除电路，整理好器材。
　数据处理与分析
◆　数据处理
1.公式法
取上表六组对应的U、I数据，数据满足关系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r…让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，分别取平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小。
2.描点法
以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U­I坐标系，在坐标平面内描出各组(U，I)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率的绝对值即为电池的内阻r，即r＝。
◆　注意事项
1.为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选的大些(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极化现象严重，使得E和r明显变化。
3.测出不少于6组I和U的数据，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U­I数据中，第1和第4组为一组，第2和第5组为一组，第3和第6组为一组，分别解出E、r值再求平均值。
4.在画U­I图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线两侧，不要顾及个别离开直线较远的点，以减小偶然误差。
5.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，可使纵坐标不从零开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)，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r＝，计算出电池的内阻r。

◆　误差分析
1.偶然误差
(1)由读数不准引起误差。
(2)用图象法求E和r时，由于作图不准确造成的误差。
(3)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化。
2.系统误差
由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。
(1)如图甲所示，在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是路端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大。

即：U真＝U测
I真＝I测＋IV＝I测＋
结论：
当U测＝0时，I真＝I测，用U真、I真画出乙图中右侧的修正图，由图可以看出：E真>E测，r真>r测。
从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测)，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻R断开时，a、b两点间电压Uab等于电动势E测，此时电源与电压表构成回路，所以Uab