2018_2019学年高中物理第二章恒定电流第10节实验：测定电池的电动势和内阻学案.docx

第10节实验：测定电池的电动势和内阻一、实验目的1进一步熟练电压表、电流表、滑动变阻器的使用2学会用伏安法测电池的电动势和内阻3学会利用图象处理实验数据二、实验原理1原理图如图所示2原理：通过改变滑动变阻器的阻值，用电压表和电流表测出每种状态(最少两种)下的U、I值，列出两个方程，即可求出电动势E和内阻r即联立求解可得三、实验器材被测电池(干电池)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线等四、实验步骤1确定电流表、电压表的量程，按电路原理图把器材连接好，如图所示2把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大3闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几组I和U的值4断开开关，整理好器材五、数据处理1代数法：运用方程组求解E和r为了减小实验的偶然误差，应该利用U、I值多求几组E和r的值，算出它们的平均值2图象法：对于E、r一定的电源，路端电压U与通过干路的电流I的UI图象是一条直线，这条直线与纵轴U的交点表示电源的电动势E，与横轴I的交点表示短路电流，图线斜率的绝对值表示电源的内阻r在读图时应注意图象的纵坐标是否是从零开始的，若从零开始，如图甲所示，则r，若不是从零开始，如图乙所示，则r六、注意事项1为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表2实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化3若干电池的路端电压变化不很明显，作图象时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始如图所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r求出4为了提高测量的精确度，在实验中I、U的变化范围要大一些，计算E、r时，U1和U2、I1和I2的差值要大一些七、误差分析1偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作UI图象时描点不很准确2系统误差(1)电流表内接时电路如图甲所示：产生实验误差的原因是由于电压表的分流造成的，测量值与真实值的关系为：E测E真；r测r真八、实验创新(测电源E、r的其他方案)主要仪器原理电路图伏阻法(电压表、变阻箱)安阻法(电流表、变阻箱)实验原理和电路连接用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约45 V，内电阻约1 )的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：A电流表：量程06 A，内电阻约1 B电流表：量程3 A，内电阻约02 C电压表：量程3 V，内电阻约30 kD电压表：量程6 V，内电阻约60 kE滑动变阻器：01 000 ，额定电流05 AF滑动变阻器：020 ，额定电流2 A(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_，电压表应选用_，滑动变阻器应选用_(均填仪器的字母代号)(2)如图为正确选择仪器后，连好的部分电路为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将_和_相连、_和_相连、_和_相连(均填仪器上接线柱的字母代号)(3)实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U用图象法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，则可以_为纵坐标，以_为横坐标解析(1)由于被测电池组的电动势约45 V，因此电压表应选用D，由于电池允许通过的电流一般不超过05 A，因此电流表选用A，滑动变阻器起限流作用，为了方便调节，因此阻值不宜太大，选用F(2)考虑到电流表内电阻与电池组的内电阻相差不大，而电压表内电阻特别大，为了使测量误差尽可能小，需用电压表测量电流表和滑动变阻器的总电压，故还需在电路中用导线将a与d相连接，c与g相连接，f与h相连接，电路连接如图(3)若用电阻箱与电压表以伏阻法测电源电动势和内电阻，根据闭合电路欧姆定律可知，EUr，变形得，故可得到等线性图线答案(1)ADF(2)a d c g f h(3)(横纵坐标互换亦可)选择仪器时注意掌握的原则(1)安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流(2)精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在不超量程的前提下，尽量选用小量程的，对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近(3)方便性原则，此原则主要针对滑动变阻器来讲，在滑动变阻器控制电路时，电路的电压、电流的变化范围要尽可能大，以便获取多组测量值 数据处理和误差分析在用电压表和电流表测电池的电动势和内阻的实验中，所用电压表和电流表的内阻分别为1 k和01 ，如图甲为实验原理图(1)一位同学记录的6组数据见表，试根据这些数据在图乙中画出UI图象，根据图象读出电池的电动势E_V，求出电池内阻r_I(A)0120200310320500570U(V)137132124118110105(2)若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，用公式EUIr列方程求E和r，这样做可能得出误差很大的结果，其中选用第_组和第_组的数据，求得E和r误差最大解析(1)根据U、I数据，在方格纸UI坐标上找点描迹，如图所示，然后将直线延长，交U轴于U1146 V，此即为电源电动势；交I轴于I065 A，注意此时U2100 V，由闭合电路欧姆定律得I，则r 071 (2)由图线可以看出第4组数据点偏离直线最远，若取第3组和第4组数据列方程组求E和r，相当于过图中3和4两点作一直线求E和r，而此直线与所画的直线偏离最大，所以选用第3组和第4组数据求得的E和r误差最大答案(1)UI图象见解析146071(2)34用图象法处理数据比较精确，若本题采用解方程求平均值的方法，就无法判断出第四组数据(032 A，118 V)误差太大，这样会导致测量值的误差增大，并特别注意纵轴的坐标原点不为零 实验改进与创新某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势E(1)先直接用多用电表测定该电池电动势在操作无误的情况下，多用电表表盘示数如图，其示数为_ V(2)然后，用电压表V、电阻箱R、定值电阻R0、开关S、若干导线和该电池组成电路，测定该电池电动势根据电路图，用笔画线代替导线，将实物图连接成完整电路闭合开关S，调整电阻箱阻值R，读出电压表V相应示数U该学习小组测出大量数据，分析筛选出下表所示的R、U数据，并计算出相应的1/R与1/U的值请用表中数据在坐标纸上描点，并作出1/U1/R图线R()1667714500333250200U(V)8359484232291/R(1021)0601402003004005001/U(V1)012017021024031034(3)从图线中可求得E_ V解析(1)由多用电表的选择开关知选用的是直流10 V挡，则其分度值为02 V，根据“半格估读法”可读得结果为94 V(2)由电路图知电压表的另一接线柱处于R0与R之间，具体连线见答案图甲描点、连线见答案图乙注意使所画出的直线尽可能多的通过所描出的点或使所描出的点均匀分布在直线的两侧(3)由EU(rR0)得，可见图线在纵轴上截距的倒数等于电源电动势答案(1)94(2)如图甲所示甲如图乙所示乙(3)95111本题创新点是采用伏阻法测电源电动势由于U与R是非线性关系，所以在数据处理时并没有画UR图象，而是由EU(R0r)导出与的线性关系，描绘的是图象 1(多选)为测定电池的电动势和内阻，待测电池、开关、导线配合下列仪器可达到实验目的的是()A一只电流表和一只电阻箱B一只电压表和一只电阻箱C一只电流表和一个滑动变阻器D一只电压表和一个滑动变阻器解析：选AB由EIRIr知测E、r用一只电流表测电流，用电阻箱改变外电阻并可读出阻值，只要获得两组I、R数据即可求得E、r，用滑动变阻器无法确定接入电路的电阻，故A可行，C、D不可行；由EUr知测E、r用一只电压表和一只电阻箱可获得两组U、R值求出E、r，故B可行2某研究性学习小组利用如图甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r根据实验数据绘出如图乙所示的R图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E_，r_解析：由闭合电路欧姆定律有EI(Rr)，得Rr由此知图线的斜率为电动势E，纵轴截距大小为内阻r则E V28 V，r1 答案：28 V1 3(2018郑州高二检测)用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻，被测电源是两节干电池串联成的电池组可供选择的实验器材如下：A电流表，量程006 A，03 AB毫安表，量程0100 A，0100 mAC电压表，量程03 V，015 VD滑动变阻器，01 000 ，01 AE滑动变阻器，020 ，2 AF开关一个，导线若干(1)为了尽量得到较准确的实验结果，电流表应选_，量程应选_，电压表量程应选_，滑动变阻器应选_(2)有甲、乙两个可供选择的电路如图所示，应选_电路进行实验，实验中误差是由于_表的读数比真实值偏_(选填“大”或“小”)而引起的解析：(1)由于电路中电流会大于01 A，电流表应选A，量程应选006 A，由于电源电动势为3 V，故电压表量程应选03 V，由于电池内电阻较小，故滑动变阻器用E(2)甲图测得的电阻是电流表内阻RA与电源内阻r的串联值，由于RA与r相差不多，因而误差较大，乙图测得的电阻是电压表内阻RV与电源内阻r的并联值，由于RVr，因而误差较小，应选用乙电路乙图中由于电压表的分流，电流表的读数比真实干路电流偏小答案：(1)A006 A03 VE(2)乙电流小4小明利用如图1所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻(1)图1中电流表的示数为_A(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：U(V)145136127116106I(A)012020028036044请根据表中的数据，在图2上作出UI图线由图线求得：电动势E_V；内阻r_(3)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合，其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为_解析：(1