高考物理一轮复习专题十二实验与探究考点二电学实验实验九测定电源的电动势和内阻教学案含解析21页

实验九 测定电源的电动势和内阻
基础点
1.实验电路图与实物连接图
2．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。
3．实验原理
(1)实验依据：闭合电路欧姆定律。
(2)E和 r的求解：由 U＝E－Ir得
Error!，解得 E、r。
(3)用作图法处理数据，如下图所示。
①图线与纵轴交点为 E；
②图线与横轴交点为 I 短＝
E
r
；
③图线的斜率表示 r＝|
ΔU
ΔI |。
4．实验器材
电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。
5．基本操作
(1)电流表用 0.6 A的量程，电压表用 3 V的量程，按实验原理图连接好电路。

(2)把变阻器的滑片移到使阻值最大的一端。
(3)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)。用同样的
方法再测量几组 I、U值，填入表格中。
(4)断开开关，拆除电路，整理好器材。
重难点
一、数据处理
设计表格，将测得的六组 U、I值填入表格中。
第 1组 第 2组 第 3组 第 4组 第 5组 第 6组
U/V
I/A
方法一：列方程组计算求解。
(1)联立六组对应的 U、I数据，数据满足关系式 U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r…
(2)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，取其平均值作为电池的电动势 E和内阻 r的大小。
方法二：图象法处理数据。
(1)在坐标纸上以路端电压 U为纵轴、干路电流 I为横轴建立 U­I坐标系。
(2)在坐标平面内描出各组(I，U)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，
不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧。
(3)直线与纵轴交点的纵坐标值即为电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线斜
率的绝对值即为电池的内阻 r的大小，即 r＝|
ΔU
ΔI |。
二、误差分析
1．偶然误差
(1)由于读数不准和电表线性不良引起误差。
(2)用图象法求 E和 r时，由于作图不准确造成误差。
(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是准确的电源两端电压。
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。

结论：①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I 短，短路电流测量值＝真实值；
②E 测＜E 真；
③因为 r 测＝
E测
I短
，所以 r 测＜r 真。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)，如图乙所示，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＜E 真，即 E 测＜E 真。
(2)若采用如图丙所示的电路，IA为电源电流真实值，理论上有 E＝U＋UA＋IAr，其中 UA
不可知，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：①E为真实值；
②I 短测＜I 短真；
③因为 r 测＝
E
I短测
，所以 r 测＞r 真，r 测为 r 真和 RA的串联值，由于通常情况下电池的内
阻较小，所以这时 r 测的测量误差非常大。
三、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．在实验时，电流不能过大，通电时间不能太长，以免对 E与 r产生较大影响。
3．要测出不少于 6 组的(I，U)数据，且变化范围要大些，然后用方程组求解，并求平

均值。
4．画 U­I 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侧，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。
5．由于干电池的内阻较小，路端电压 U 的变化也较小，这时画 U­I 图线时，纵轴的刻
度可以不从零开始，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)，但这
时图线在横轴的截距不再是短路电流，而在纵轴的截距仍为电源电动势，图...