13.(2008年高考上海卷)某同学利用图实-8-17甲所示的电路研究灯泡L1(6V,1.5 W)、L2(6 V,10W)的发光情况(假设灯泡电阻恒定),图乙所示为实物图.
(1)他分别将L1、L2接人图甲中的虚线框位置,移动滑动变阻器的滑片P,当电压表示数为6V时.发现灯泡均能正常发光.在图乙中用笔线代替导线将实物连线补充完整.
(2)接着他将L1和L2串联后接人图甲中的虚线框位位置,移动滑动变阻器的滑片P,当电压表示数为6 V时,发现期中一个灯泡亮而另一个灯泡不亮,出现
这种现象的原因是 。
实验九 测定电源的电动势和内阻
一、实验目的
1.测定电源的电动势和内阻
2.加深对闭合电路欧姆定律的理解和应用 二、实验原理
如图实-9-1甲所示,改变变阻器的阻值,从电压表和电流表中读出两组对应的数值(U1,I1)和(U2,I2),由闭合电路欧姆定律可得:U1=E-I1r,U2=E-I2r,课解出E、r的数值,然后求E、r的平均值。
16
为了减少误差,多测量几组U、I值,然后在U-I图中描点作图,所得图线的延长线与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??U?I?EI)(如图实-9-1乙所示)
m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、实验步骤及数据处理
1.电流表用0.6A量程,电压表用3V量程,按图实-9-1甲所示连接好电路,如图实-9-2所示.
2.把滑动变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端.
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,记录在下面表格中.
4.断开开关,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阻的值.
五、注意事项
1.本实验在开关s闭合前,滑动变阻器滑片应处于阻值最大处。
2.要测出不少于6组I、U数据,且变化范围要大些。用方程组求解时,要第1、4为一组,第2、5为一组。第3、6为一组,分别解出E、r值再求平均值. 3.画I-U图线时,由于读数的偶然误差。描出的点不在一条直线上,在作图时应使图线通过尽可能多的点,并使不在直线上的点均匀分布在直线的两边,个别偏离直线太远的点可舍去.这样就可使偶然误差得到部分抵消,从而提高精确度.
4.由于干电池的内阻较小,路端电压U的变化也较小,这时画U-I图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,两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),但这时图线和横轴的交点不再是短路电流,而图线与纵轴的截距仍为电源电动势E,图线斜率的绝对值仍为内阻r. 六、误差分析
1.读完电表示数没有立即断电,造成E、r变化.
2.测量电路存在系统误差,I真=I测十IV.未考虑电压表的分流,或电路中U真=U十UA未考虑UA.
3.用图象法求E、r时,作图不准确造成偶然误差.
4.如图实-9-3所示,在理论上E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压.而实验中忽略了通过电压的电流IV而形成误差,而且电压表示数越大,IV越大.结论:(1)当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流的测量值=真实值;(2)E测 17 如采用图实-9-4所示电路连接,其U-I图线如图实-9-5所示。IA为电源电流真实值,理论上有E=U+UA+IAr,其中的UA为电流表的分压,而造成误差,而且电流表示数越大,UA越大.当电流为零时,UA=0,电压为准确值,等于E.结论:(1)E为真实值;(2)I短测r真.R测实际是r和RA的串联值. 七、知识拓展:测电源电动势和内阻的其他方法 1.用电阻箱、电流表测定 电路图如图实-9-6所示.原理:改变电阻箱的阻值,记录R与I.应用E=I1((R1+r))和E=I2(R2+r)解出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, r测>r. 2.用电阻箱和电压表测定 电路如图实-9-7所示。原理:改变电阻箱的阻值,记录R和U。应用 E?U21?U1Rr,E?U2?U1Rr,解出E、r为了准确可多测几组数据,求 2平均值,也可以用图像处理,误差为E测=E,r测 3.用一只电压表粗测电动势 直接将电压表接到电源的两端,所测值近似为是电源的电动势。 U?ERVRV?r?E,需要满足RV??r。 练习: 1.用图实-9-16所示的电路测量电池电动势和内电阻时,若有两只电压表V1、V2量程相同,内阻分别为Rv1,、Rv2,,且Rv1>Rv2;两只电流表A1、A2量程相同,内阻分别为R A1、RA2,且RAl>RA2,在实验中,为了使E、r的测量值精确些,选择的电表可以是( ) A.V1与A1 B.V1与A2 C.V2与A1 D.V2与A2 2.某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时,所用滑动变阻器的阻值范围为0~20Ω,连接电路的实物图如图实-9-17所示.该学生接线中错误的和不规范的做法是( ) 18 A.滑动变阻器不起变阻作用 B.电流表接线有错 C.电压表量程选用不当 D.电压表接线不妥 解析:由圈中接线可知,滑动变阻器连成定值电阻起不到变阻作用,电流表正负极连错,电压表始终有读数,电压表量程为3V符合实验要求,电压表接线应接到开关外侧,故A、B、D三项中不规范. 答案:ABD 3.测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4.5V,r约为1.5Ω.器材:量程3 V的理想电压表V,量程0.5 A的电流表A(具有一定内阻),定值电阻R=4Ω,滑动变阻器R′,开关S,导线若干. (1)画出实验电路原理图.图中备元件需用题目中给出的符号或字母标出. (2)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、Ul、U2及R表示) 4.为了测定一节干电池的电动势和内电阻,现准备了下列器材: (1)为了能尽量准确地进行测量,也为了操作方便,实验中应选用的滑动变阻器是 (填仪器代号); (2)请用铅笔在图实-9-18甲所示的方框中画出实验电路原理图,并注明器材的字母代号; 19 (3)图乙所示为某同学根据正确的电路图作出的I1-I2图线(I1为电流表G的示数,I2为安培表A的示数),由该图线可求出被测干电池的电动势E= V,内电驵r= Ω 5.某同学采用如图实-9-8所示的电路测定电源的电动势和内阻,已知干电池的电动势约为l.5V,内阻约2Ω电压表(0~3V,3kΩ),电流表表(0~0.6A,1.0Ω),滑动变阻器有R1(10Ω,2 A)和R2 (100Ω,0.1A)各一只 (1)实验中滑动变阻器应选用 (填“R1”或“R2”) (2)在图实-9-9中用笔画线代替导线连接实验电路; (3)在实验中测得多组电压和电流值,得到如图实-9-10所示的U-I图象,由图可较准确地求出电源电动势E= V,内阻r= Ω. 20