（京津琼鲁专用）2018_2019学年高中物理第二章恒定电流10实验：测定电池的电动势和内阻学案新人教版必修2.doc

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1、- 1 -10 实验：测定电池的电动势和内阻学科素养与目标要求物理观念：知道测定电池的电动势和内阻的实验原理：闭合电路的欧姆定律.科学探究：1.根据“伏安法”测电源电动势的原理，会选用实验器材、正确连接电路、规范实验操作.2.能进行分组、自主、合作探究，并对信息进行数据处理.科学思维：1.会设计测电源电动势和内阻的“伏安法” 、 “安阻法” 、 “伏阻法”的电路图.2.会用 U I 图象、 R 图象、 图象处理数据，通过对比思维，掌握各个图象的斜率和截1I 1U 1R距的意义.科学态度与责任：在实验过程中保持很好地交流、合作，准确记录数据，科学认真地进行数据处理.一、测定电池电动势和内阻的实验

2、方案设计1.伏安法：由 E U Ir 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.2.安阻法：由 E IR Ir 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.- 2 -图 1 图 2 图 33.伏阻法：由 E U r 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UR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

3、 所示.二、实验操作与实验数据的处理1.实验步骤(以伏安法为例)(1)电流表用 00.6 A 量程，电压表用 03 V 量程，按实验原理图连接好电路.(2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路中的阻值最大.(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.2.实验数据的处理(1)公式法依次记录的多组数据(一般 6 组)如表所示：实验序号 1 2 3 4 5 6I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6U/V U1 U2 U3

4、U4 U5 U6分别将 1、4 组，2、5 组，3、6 组联立方程组解出 E1、 r1， E2、 r2， E3、 r3，求出它们的平均值作为测量结果.E ， r .E1 E2 E33 r1 r2 r33(2)图象法根据多次测出的 U、 I 值，作 U I 图象；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；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 ；Er图线斜率的绝对值等于电池的内阻 r，即 r ，如图 4 所示.| U I| EI短图 43.注意事项- 3 -(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)

5、实验中不能将电流调得过大，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 出现明显变化.(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 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. U I图 5一、伏安法测电动势和内阻例 1 (2018山东潍坊市高一下期末)用如图 6 所示的电路测量一节干电池的电动势和内阻.除开关和导线外，可供使用的实验器材还有：图 6电流表(量程 00.6 A,03 A)电压表(量程 03 V,015 V)滑动变阻器 R1(阻值

6、范围 020 ，额定电流 2 A)滑动变阻器 R2(阻值范围 0100 ，额定电流 1 A)(1)为提高测量精度，电流表应选用的量程是 A，电压表应选用的量程是 V；为多测量几组数据，滑动变阻器应选用 (填写滑动变阻器符号)；(2)实验开始前，滑动变阻器的滑动触头 P 应移到 端(选填“ a”或“ b”)；(3)改变滑动变阻器 R 的阻值，测出 6 组 U 和 I 的值如下表所示.其中 5 组数据的对应点已经标在图 7 的坐标纸上，请在坐标纸上标出第二组数据的对应点，并画出 U I 图线.序号 1 2 3 4 5 6- 4 -电压 U/V 1.35 1.30 1.25 1.20 1.15 1.

7、10电流 I/A 0.120 0.140 0.240 0.300 0.360 0.420图 7(4)由图象求得电池的电动势 E V，内阻 r (保留到小数点后两位)答案 (1)00.6 03 R1 (2) a(3)如图所示(4)1.45 0.84(0.830.85 均可)二、伏阻法和安阻法测电动势和内电阻1.伏阻法(1)电路图：如图 8 所示(2)实验原理： E U rUR(3)数据处理计算法：Error!图象法：由 E U r 得：UR ，故 图象的斜率 k ，纵轴截距为 ，如图 9 所示.1U 1E rE 1R 1U 1R rE 1E- 5 -图 8 图 9 2.安阻法(1)电路图：如图

8、10 所示.(2)实验原理： E IR Ir.- 6 -(3)数据处理计算法：Error!图象法：由 E I(R r)得： R ，由此作出 R 图象，由图象的斜率和截距求解，如图 11 所示.1I 1E rE 1I图 10 图 11 例 2 有一特殊电池，它的电动势约为 9 V，内阻约为 40 ，已知该电池允许输出的最大电流为 50 mA.为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图 12 甲所示电路进行实验，图中电流表的内阻 RA5 ， R 为电阻箱，阻值范围 0999.9 ， R0为定值电阻，对电源起保护作用.图 12(1)本实验中的 R0应选 (填字母).A.10 B.50 C.150

9、 D.500 (2)该同学接入符合要求的 R0后，闭合开关 S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线，则根据图线可求得该电池的电动势 E V，内阻 r .答案 (1)C (2)10 45解析 (1)当电阻箱接入电路的阻值为零时，电路中的电流不能超过 50 mA，即电路中电阻的最小值约为 180 ，除去电源内阻约为 40 、电流表的内阻 RA5 ，故 C 选项最为合适.(2)由 U 外 E Ir 得 I(R0 R RA) E Ir，变形得 .1I R0 RE r RAE结合题图可得 E10 V， r45 .- 7 -1.(2018山东济南市高一下期末)测定电源

10、的电动势和内电阻的实验电路和 U I 图象如图13 所示，请回答下列问题：(1)在闭合开关之前为防止电表过载，滑动变阻器的滑动触头 P 应移至 (选填“ a”或“ b”)处.(2)由此可知这个干电池的电动势 E V，内电阻 r .图 13答案 (1) a (2)1.5 12.(多选)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 020 ，连接电路的实物图如图 14 所示.图中接线错误或不妥的是( )图 14A.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.电压表接线不妥答案 ABD解析 变阻器要起到变阻作用，接入电路的两根导线一条接在上面的金属

11、杆一端，另一条接在下面的接线柱上；电表接入电路，选好量程后，还应注意正、负接线柱，题图中电流表接法不对；在实验中电压表不应并联在电源两端，因为开关断开后，电压表仍有读数，故选A、B、D.- 8 -3.如图 15a 是“测定电池的电动势和内阻”的实验电路，如果采用一节新干电池进行实验，实验时会发现，当滑动变阻器在阻值较大的范围内调节时，电压表读数变化很小，为了较精确地测量一节新干电池的内阻，加接一定值电阻，实验电路原理图如图 b.可用以下给定的器材和一些导线来完成实验，器材：量程 3 V 的理想电压表 V，量程 0.6 A 的电流表 A(具有一定内阻)，定值电阻 R0(R01.5 )，滑动变阻器

12、 R1(010 )，滑动变阻器 R2(0200 )，开关 S.图 15(1)为方便实验调节且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选用 (填“ R1”或“ R2”).(2)用笔画线代替导线在图 c 中完成实物连接图.(3)实验中改变滑动变阻器的阻值，测出几组电流表和电压表的读数，在给出的 U I 坐标系中画出 U I 图线如图 d 所示，则新干电池的内阻 r .(保留两位有效数字)答案 (1) R1 (2)如图所示 (3)0.29(0.280.30 均可) - 9 -1.(2018山东滨州市高一下期末)如图 1 所示，在测电源电动势和内阻的实验中，闭合开关S，改变滑动变阻器的阻值，读出电压表示数 U

13、 和电流表示数 I，下列说法正确的是( )图 1A.电压表读数 U 增大时电流表读数 I 也必定增大B.电压表与电流表读数变化量的比值 是滑动变阻器的电阻 U IC.电压表与电流表读数的比值 是电源内阻UID.电压表与电流表读数变化量比值的绝对值| |是电源内阻 U I答案 D2.(多选)用如图 2 甲所示的电路测定电池的电动势和内阻，根据测得的数据作出了如图乙所示的 U I 图象，由图象可知( )图 2A.电池电动势为 1.40 VB.电池内阻值为 3.50 C.外电路短路时的电流为 0.40 AD.电压表的示数为 1.20 V 时，电流表的示数 I约为 0.20 A答案 AD解析 图象与纵

14、轴的交点为电池的电动势 E1.40 V，故 A 正确；电池内阻 r 1.40 1.000.401 ，故 B 错误；根据 E U I r，代入数据得 I A0.20 A，E Ur 1.40 1.201故 D 正确；由于 U 轴不是从 0 开始，故短路电流不是 0.40 A，故 C 错误.- 10 -3.在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路.图 3(1)按图 3 甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来.(2)在图乙的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于 端(选填“ A”或“ B”).(3)如图 4 是根据实验数据作出的 U I 图象，由图可知，电源

15、的电动势 E V，内阻 r .(结果均保留两位有效数字)图 4答案 (1)见解析图 (2) A(3)1.5 1.0解析 (1)电路连接如图.(2)闭合开关前，滑动变阻器接入电路中的阻值应该最大，故滑片应置于 A 端.(3)由题图图象可知，电源电动势为 1.5 V，内阻 r 1.0 .1.5 1.00.54.(2018山东济宁市高一下期末)某兴趣小组利用如图 5 甲所示电路测定一电池组的电动势E 和内阻 r.已知电池组的电动势为 6 V，内阻约为 10 ，保护电阻 R010 .可供选用的实验器材有：- 11 -图 5A.电流表 A1(量程 0300 mA，内阻约为 2 )B.电流表 A2(量程

16、03 A，内阻约为 2 )C.电压表 V1(量程 06 V，内阻很大)；D.电压表 V2(量程 015 V，内阻很大)；E.滑动变阻器 R(阻值 050 )；开关 S 一个，导线若干条.实验过程如下：(1)在连接电路前，先选择合适的器材，电流表应选用 ，电压表应选用 .(填所选器材前的字母序号)(2)按图甲连接好电路后，将滑动变阻器的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小其连入电路的阻值，测出多阻 U 和 I 的值，以 U 为纵轴， I 为横轴，得到如图乙所示的 U I 图线.(3)根据图乙可得，电池组的电动势 E V，内阻 r .(结果均保留一位小数)答案 (1)A C (3)5.9(或 5.8)

17、 9.7(或 9.3)5.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 6 甲所示.图 6(1)按图甲电路原理图将图乙实物连接起来；(2)该同学按上述电路原理图正确连接好实验电路，合上开关 S 后，当滑动变阻器的滑动触头 P 由 A 端向 B 端逐渐滑动时，发现电流表的示数逐渐增大，而电压表的示数几乎不变，直到当滑动触头 P 滑至邻近 B 端时，电压表的示数急剧变化，出现上述情况的原因是 .(3)该同学顺利完成实验，测出的数据如下表所示.请你根据这些数据帮他在图 7 中画出- 12 -U I 图象，并由图得出电池的电动势 E V，内

18、阻 r .I/A 0.10 0.17 0.23 0.30U/V 1.20 1.00 0.80 0.60图 7答案 (1)如图所示(2)滑动变阻器的总电阻太大(3)如图所示1.50 0.506.在测电源电动势和内阻的实验中，用电源、电阻箱、电压表连成如图 8 所示的电路.一位同学记录的 6 组数据见下表：图 8R/ 2.0 3.0 6.0 10 15 20U/V 1.30 1.36 1.41 1.48 1.49 1.50根据这些数据选取了适当的坐标轴，请在如图 9 所示的方格纸上画出 U I 图线，根据图线- 13 -读出电源的电动势 E V，求得电源的内阻 r .图 9答案 见解析图 1.53

19、 0.35解析 由记录的六组数据可求出各电阻值时的电流，由题表可得下表 U I 值：U/V 1.30 1.36 1.41 1.48 1.49 1.50I/A 0.65 0.45 0.24 0.15 0.10 0.08 用纵轴表示 U，横轴表示电流 I.用描点法描出 U I 图线(如图所示)，纵坐标上截距为 1.53 V，所以 E1.53 V.取图线上较远的两个点，由 r ，得 r0.35 .| U I|7.某探究性学习小组利用如图 10 所示的电路测量电池的电动势和内阻.其中电流表 A1的内阻r11.0 k，电阻 R19.0 k，为了方便读数和作图，给电池串联一个 R03.0 的电阻.图 10

20、(1)按图示电路进行连接后，发现 aa、 bb和 cc三条导线中，混进了一条内部断开的导线.为了确定哪一条导线内部是断开的，将开关 S 闭合，用多用电表的电压挡先测量 a、 b间电压，读数不为零，再测量 a、 a间电压，若读数不为零，则一定是 导线断开；若读数为零，则一定是 导线断开.(2)排除故障后，该小组顺利完成实验.通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表 A1和 A2的多组 I1、 I2数据，作出图象如图 11.由 I1 I2图象得到电池的电动势 E - 14 -V，内阻 r .图 11答案 (1) aa bb(2)1.41(1.361.44 均可) 0.5(0.40.6 均可)解析

21、 (2)根据闭合电路的欧姆定律得 E I1(R1 r1)( I1 I2)(R0 r)， I1I2，上式可简化为 E I1(R1 r1) I2(R0 r)，读出两点坐标：(60 mA,0.12 mA)和(260 mA，0.05 mA)，代入方程解得：电动势 E1.41 V，内阻 r0.5 .8.某学习小组的同学设计了如图 12 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 12实验器材有：待测电源，待测电阻 R0，电流表 A(量程为 0.6 A，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

22、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 ，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 1 2 3 4 5电阻 R/ 0 3.0 6.0 12.0 18.0电流 I/A 0.50 0.40 0.33 0.25 0.20根据图 13 给定的坐标系并结合以上数据描点作图.- 15 -图 13利用图象求出该电源的电动

23、势 E V，内阻 r .(结果均保留两位有效数字)答案 (1)断开 S2，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为 I R1 R2(2)见解析图 6.0 2.5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： R0 R1 R2.(2)根据表中列出的数据，求出各电阻对应的 值.1I组数 1 2 3 4 5电阻 R/ 0 3.0 6.0 12.0 18.0电流 I/A 0.50 0.40 0.33 0.25 0.20/A11I2.0 2.5 3.0 4.0 5.0由闭合电路欧姆定律可知： E I(R R0 r)- 16 -可得： 1I RE R0 rE结合图象可知： E6.0 V， r2.5