高中物理第二章恒定电流第13讲实验：测定电池的电动势和内阻学案新人教选修.docx

实验：测定电池的电动势和内阻 目标定位1.知道测定电池的电动势和内阻的实验原理.2.通过实验过程，掌握实验方法，学会根据图象合理外推进行数据处理的方法.3.尝试分析电池电动势和内阻的测量误差，了解测量中减小误差的方法一、实验原理和方法1伏安法：由EUIr知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表，电路图如图1所示图12安阻法：由EIRIr可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图2所示图23伏阻法：由EUr知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图3所示图3二、实验步骤(以伏安法为例)1电流表用00.6A量程，电压表用03V量程，按实验原理图连接好电路(如图1)2把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最大3闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)用同样的方法测量几组I、U值4断开开关，整理好器材5处理数据，用公式法和图象法这两种方法求出电池的电动势和内阻三、实验数据的处理1计算法：由EU1I1r，EU2I2r可解得E，r.可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值2作图法：(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，即根据多次测出的U、I值，作UI图象；(2)将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就是电池电动势E；(3)横轴截距点(路端电压U0)意味着短路情况，它的数值就是短路电流；(4)图线斜率的绝对值即电池的内阻r，即r|，如图4所示.图4四、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，防止干电池因大电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化3当干电池的路端电压变化不很明显时，作图象，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始如图5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|求出图5五、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图象时描点不准确2系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在UI坐标系中表示出来，可以得到E测E真，r测r真例1在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中(1)备有如下器材A干电池1节B滑动变阻器(020)C滑动变阻器(01k)D电压表(03V)E电流表(00.6A)F电流表(03A)G开关、导线若干其中滑动变阻器应选_，电流表应选_(只填器材前的序号)(2)为了最大限度的减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图(3)某同学根据实验数据画出的UI图象如图6所示，由图象可得电池的电动势为_V，内阻为_.图6(4)写出该实验误差的原因：_；电动势的测量值_真实值，内阻的测量值_真实值(填“大于”“等于”或“小于”)解析(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因干电池内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可，故滑动变阻器应选B.(也可以从便于调节的角度来分析，应该选择阻值较小的滑动变阻器)电流表的量程要大于电源允许通过的最大电流，对于干电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5A，故需要选择00.6A，所以电流表应选E.(2)电路图如图所示(3)由UI图象可知：纵截距为1.5V，故干电池的电动势为1.5V；内阻r1.(4)由于电压表的分流作用，使电流表读数总是比干路电流小，造成E测E真，r测r真答案(1)BE(2)见解析图(3)1.51(4)电压表的分流小于小于例2某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻(R05)一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图7(a)(1)在图(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接(2)请完成下列主要实验步骤：检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图(c)所示，读得电阻值是_；将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49V；将开关S2_，电压表的示数是1.16V；断开开关S1.(3)使用测得的数据，计算出干电池的电动势是_，内阻是_(计算结果保留两位有效数字)图7解析(2)由题图(c)读得电阻箱阻值为R20；将S1闭合，S2断开，电压表示数为电源电动势E1.49V，将S2再闭合，电压表示数为电阻箱R两端电压将电压表视为理想电表，则干路电流IA0.058A.(3)因为I，所以rR0R0.69.答案(1)如图所示(2)20闭合(3)1.49V0.69(1)外电路断路时外电压等于电动势，即例2中S2断开时电压表示数为电动势.(2)不管哪种方法，测电动势和内阻的原理都是闭合电路的欧姆定律.例3某研究性学习小组利用如图8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_.图8解析由欧姆定律有，EI(Rr)，Rr.由此知图线的斜率为电动势E，纵轴截距大小为内阻r.EV2.8V，r1.答案2.8V(2.72.9V均可)1本题依据的基本公式EIRIr，并给出了R图象，体现了物理实验数据的“化曲为直”的思想.首先由EIRIr变形得出Rr，然后分析图象的截距和斜率的意义，得到结论.1用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r，所用电路如图9(a)所示，一位同学测得的六组数据如下表所示.组别123456电流I/A0.120.200.310.320.500.57电压U/V1.371.321.241.181.101.05图9(1)试根据这些数据在图(b)中作出UI图线(2)根据图线求出电池的电动势E_V，电池的内阻r_.答案(1)见解析图(2)1.450.69解析(1)作图线时应使尽可能多的点落在直线上，个别偏离太远的点应舍去，图线如图所示(2)由图线与纵轴的交点可得电动势E1.45V，再读出图线与横轴交点的坐标(0.65,1.00)，由EUIr得r0.69.2某学习小组的同学设计了如图10所示的电路来测量定值电阻R0的阻值(约为几欧到十几欧)及电源的电动势E和内阻r.图10实验器材有：待测电源，待测电阻R0，电流表A(量程为0.6A，内阻不计)，电阻箱R(099.9)，开关S1和S2，导线若干(1)先测电阻R0的阻值请将学习小组同学的操作补充完整；先闭合S1和S2，调节电阻箱，读出其示数R1和对应的电流表示数I，然后_，使电流表的示数仍为I，读出此时电阻箱的示数R2.则电阻R0的表达式为R0_.(2)同学们通过上述操作，测得电阻R09.5，继续测电源的电动势E和内阻r.该小组同学的做法是：闭合S1，断开S2，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电流表示数I，如下表数据：组数12345电阻R/03.06.012.018.0电流I/A0.500.400.330.250.20根据图11给定的坐标系并结合以上数据描点作图图11利用图象求出该电源的电动势E_V，内阻r_(保留两位有效数字)答案(1)断开S2，调节电阻箱的阻值R1R2(2)见解析图6.02.5解析(1)器材中只有电流表而没有电压表，无法由伏安法求出电阻，故只能利用电阻箱得出待测电阻的阻值；当电路中电流相同时，电阻也应相同；因此可以控制电流相等，利用电阻箱的电阻，得出待测电阻的阻值；因此缺少的步骤应为：断开S2，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为I；而待测电阻等于两次电阻箱的示数之差，即：RxR1R2.(2)描点连线如图所示由闭合电路欧姆定律可知：EI(RR0r)可得：结合图象可知：E6.0 Vr2.5 1(多选)用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，下列说法中错误的是()A应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表读数变化明显B应选用内阻较小的电压表和电流表C移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载D使滑动变阻器阻值尽量大一些，测量误差才小答案BD解析伏安法测电池的电动势和内阻实验中，应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表，滑动变阻器阻值不能太大，如果太大不便于调节2某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是()A一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器B一个伏特表和多个定值电阻C一个安培表和一个电阻箱D两个安培表和一个滑动变阻器答案D解析根据闭合电路欧姆定律可得EUIr，测量多组数据U、I可求E、r，A可取；由E(rR)，可知测量多组数据U、R可求E、r，B可取；由EI(Rr)可知，测量多组数据I、R可求E、r，C可取；D中两个安培表和滑动变阻器，由于不知道滑动变阻器电阻的阻值，故无法求出E、r，D不可取3用如图1所示电路测量电源的电动势和内阻实验器材：待测电源(电动势约3 V，内阻约2 )，保护电阻R1(阻值10 )和R2(阻值5 )，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干实验主要步骤：()将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；()逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；()以U为纵坐标，I为横坐标，作UI图线(U、I都用国际单位)；()求出UI图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.图1回答下列问题：(1)电压表最好选用_；电流表最好选用_A电压表(03 V，内阻约15 k)B电压表(03 V，内阻约3 k)C电流表(0200 mA，内阻约2 )D电流表(030 mA，内阻约2 )(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是_A两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱C一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱D一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E_，r_，代入数值可得E和r的测量值答案(1)A、C(2)C(3)ka，kR2解析(1)电压表内阻越大，分流越小，误差也就越小，所以选内阻较大的电压表A；当滑动变阻器接入电阻最小时通过电流表电流最大，此时通过电流表电流大小约为I176 mA，所以选量程为200 mA的电流表C.(2)由电路分析可知，若滑动变阻器的滑片右移电压表示数变大，则滑动变阻器接入电路部分阻值增大，选项C符合题意(3)由EUI(rR2)，得UI(rR2)E，对比伏安特性曲线可知，图象斜率的绝对值krR2，所以电源内阻rkR2；令U0，得I，由题意知与横轴截距为a，所以aI，则Eka.4某同学在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5的保护电阻R0，实验电路如图3甲所示图2(1)按图甲电路原理图将图乙实物连接起来(2)该同学顺利完成实验，测出的数据如表所示请你根据这些数据帮他在图3中画出UI图象，并由图象得出电池的电动势E_V，内阻r_.I/A0.100.170.230.30U/V1.201.000.800.60图3答案(1)如图所示(2)如图所示1503.05某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势E和内阻r，并探究电极间距对E和r的影响实验器材如图4所示图4(1)测量E和r的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U和流过电源的电流I，依据公式_，利用测量数据作出UI图象，得出E和r.(2)将电压表视为理想电表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在图中用笔画线代替导线连接电路(3)实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的UI图象如图5中(a)、(b)、(c)、(d)所示，由此可知图5在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势_(选填“增大”、“减小”或“不变”)，电源内阻_(选填“增大”、“减小”或“不变”)答案(1)UEIr(2)见解析图(3)不变增大解析(1)根据闭合电路欧姆定律I得，路端电压UIREIr.(2)根据题目要求，应采用电流表相对于滑动变阻器的内接法，实物连接如图所示(3)由于UI图象的纵截距等于电源的电动势，斜率的绝对值等于电源的内阻，由题图可知，随电极间距的减小，电源电动势不变，内阻增大7在测定电池电动势和内阻的实验中，实验室仅提供下列实验器材：A干电池两节，每节电动势约为1.5V，内组约几欧姆B直流电压表V1、V2，量程均为03V，内阻约为3kC电流表，量程0.6A，内阻小于1D定值电阻R0，阻值为5E滑动变阻器R，最大阻值50F导线和开关若干(1)如图6所示的电路是实验室测定电池的电动势和内阻的电路图，接该电路图组装实验器材进行实验，测得多组U、I数据，并画出UI图象，求出电动势和内阻电动势和内阻的测量值均偏小，产生该误差的原因是_，这种误差属于_(填“系统误差”或“偶然误差”)图6(2)实验过程中，电流表发生了故障，某同学又设计了图7所示的电路测定电池的电动势和内阻，连接的