【三维设计】高中物理 第二章第10节 实验 测定电池的电动势和内阻同步导学案（含解析）新人教版选修31(1).doc

第10节 实验：测定电池的电动势和内阻一、实验目的(1)知道伏安法测量电源电动势和内阻的实验原理，进一步理解电源路端电压随电流变化的关系。(2)学会根据图像合理外推进行数据处理的方法。(3)尝试进行电源电动势和内电阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的办法。二、实验原理实验电路如图2101所示，根据闭合电路的欧姆定律，改变r的阻值，测出两组u、i的值，根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程：eu1i1r和eu2i2r，联立可解出e、r的值。图2101三、实验器材待测电池一节，电流表(00.6 a)、电压表(03 v)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干。四、实验步骤(1)选定电流表、电压表的量程，按照电路图把器材连接好。(2)把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端(图2102中左端)。(3)闭合电键，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，读出电压表示数u和电流表示数i，并填入事先绘制好的表格(如下表)。(4)多次改变滑片的位置，读出对应的多组数据，并一一填入表中。图 2102实验序号123456i/au/v(5)断开电键，整理好器材。五、数据处理依据以上实验步骤测得数据，可以用以下两种方法得到结果。(1)平均值法：利用在实验中测得6组u、i值，分别组成三组方程组，联立解得三个电动势和三个内电阻，分别算出它们的平均值，即e，r。(2)图像法：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)，直线的斜率大小即为电池的内阻r，即r|。六、注意事项在实验时应注意以下五点：(1)电池应选使用过一段时间的半新电池，这样可以使路端电压有较大范围的变化值。(2)闭合开关前，一定要把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。(3)在电流表有明显示数且稳定后，再读出电压表读数u和电流表读数i。(4)一般来说电池的电动势和内阻都随着使用时间的增长而变化，实验时不要长时间通电，只是在读数时让电路接通，其他时间要断开电路。(5)该实验中电流表选00.6 a挡，电压表选03 v挡。七、误差分析1系统误差(1)电流表相对于待测电阻(电源内阻)外接。图 2103实测的e和r都小于真实值。(2)电流表相对于待测电阻(电源内阻)内接。图 2104e测e真，r测r真任一种电路都存在系统误差，若电源内阻较小时，不能采用图2104甲中的测量电路，尽管电动势的测量值准确，但内阻的测量误差很大，因此要选用图2103甲中的测量电路。2偶然误差主要来源于电压表、电流表的读数以及作ui图线时描点不准确。八、它案设计1用电流表和电阻箱测e、r(又叫安阻法)如图2105所示，由eirir可知，如果能得到i、r的两组数据，也可以得到关于e和r的两个方程，于是能够从中解出e和r。这样，用电流表、电阻箱也可以测定电源的电动势和内阻。2用电压表和电阻箱测e、r(又叫伏阻法) 图 2105如图2106所示，由eur可知，如果能得到u、r的两组数据，同样能通过解方程组求出e和r。这样，除了以上两个方法外，还可以用电压表、电阻箱来测定电源的电动势和内阻。图 2106实验仪器的选择例1用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验，供选用的器材有a电流表(量程00.6 a，ra1 )b电流表(量程05 a，ra0.6 )c电压表(量程03 v，rv5 k)d电压表(量程015 v，rv10 k)e滑动变阻器(010 ，额定电流1.5 a)f滑动变阻器(02 k，额定电流0.2 a)g待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干(1)实验中电流表应选用_，电压表选用_，滑动变阻器选用_。(用字母代号填写)(2)引起该实验系统误差的主要原因是_。解析(1)由于流过电源的电流不宜过大，若电流过大，电源会出现严重的极化现象，电动势和内阻都会有较大的变化，因此电流表应选00.6 a量程，电源电动势只有1.5 v，故电压表应选03 v量程，为便于调节，滑动变阻器应选010 。(2)系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，该实验中的系统误差是由于电压表的分流作用造成电流表读数即测量值总是比干路中真实电流值小，造成e测e真，r测rv2；两只电流表a1、a2量程相同，内阻ra1ra2，在该实验中，为了使e、r的测量精确些，选择的电表可以是()av1和a2bv2和a2 图2109cv2和a1 dv1和a1解析：用此电路图测量电池的电动势和内阻时，产生误差的原因是由于电压表的分流作用，使电流表的示数小于流过电源的电流，因此只要选用内阻较大的电压表即可，与电流表的内阻大小无关，故a、d正确，b、c错误。答案：ad2.如图21010所示，用一只电流表和两个定值电阻测定电源电动势和内电阻的实验中，由于未考虑电流表的内阻，其测量值e和r与真实值e0和r0相比较，正确的是()aee0，rr0bee0，rr0图21010cee0，rr0dee0，rr0解析：不考虑电流表的内阻ra时，由闭合电路欧姆定律分别得解得：r，e。考虑电流表内阻ra时，由闭合电路欧姆定律分别得解得：r0ra，e0。答案：c3“测定电池的电动势和内阻”的实验中，下列注意事项中错误的是()a应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显b应选用内阻较小的电压表和电流表c移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载d根据实验记录的数据作ui图像时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧解析：旧的干电池内阻大，电压变化明显，有利于减小测e、r的误差，a正确；为了减小电表对电路的影响，电流表选内阻小的，电压表选内阻大的，故b错误；应使尽可能多的点在一条直线上，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，故d正确。答案：b4有两只电压表a和b，量程已知，内阻未知，另有一节干电池，它的内阻不能忽略，但大小未知，只用这两只电压表、开关和一些连接导线，要求通过测量计算出干电池的电动势(已知电动势不超过电压表的量程)。(1)画出测量时所用的电路图。(2)以测得的量作为已知量，导出计算电动势的表达式。解析：(1)电路图：如图甲、乙所示。(2)将任一只电压表(如表a)与电源串联，设其电压值为ua，再将两只电压表与电源串联，记下每只电压表所示的电压值，设为ua、ub，设表a的内电阻为ra，表b的内电阻为rb，电源内阻为r，电动势为e，由闭合电路欧姆定律分别得到：联立解得e。答案：(1)见解析图(2)e5在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图21011所示的实物电路。图21011(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到_。(填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改变电阻箱的阻值r，分别测出阻值r010 的定值电阻两端的电压u。下列两组r的取值方案中，比较合理的方案是_。(填“1”或“2”)方案编号电阻箱的阻值r/1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0(3)根据实验数据描点，绘出的r图像是一条直线，若直线的斜率为k，在坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势e_，内阻r_。(用k、b和r0表示)解析：(1)实验中电阻箱起到改变电路的总电阻和分压作用，为了确保仪器的安全，一般将电阻箱的电阻先调到最大值。(2)由于定值电阻r010 ，若选用方案1，则电压表的示数较小，示数变化范围也很小，所以选用方案2。(3)由题意可得e(r0rr)，变形为r，由题意得斜率k，截距b，解得e，rr0。答案：(1)最大值(2)2(3)r06.在用电压表、电流表测两节干电池串联的电动势和内电阻时，除备有被测电池、开关和足量导线外，还有下列仪器可供选择：a电流表(00.6 a)b电流表(03 a)c电压表(03 v)d电压表(015 v)e滑动变阻器r1(20 ，2 a) 图21012f滑动变阻器r2(1 750 ，3 a)(1)应该选用的仪器是(写出前面的字母)_。(2)一个学生用以上仪器测得下表中的数据，在如图21012所示的