物理第二章恒定电流2_10实验：测定电池的电动势及内阻学案新人教版选修3_1.doc

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1、1第 10 节 实验：测定电池的电动势及内阻研究学考明确要求考试要求知识内容 实验：测定电池的电动势和内阻学考基本要求1.知道伏安法测定电池电动势、内电阻的原理和电路图。2会用伏安法测定电池的电动势和内电阻。3会利用 U I 图象求出电池的电动势和内电阻。发展要求1.领会利用图象求电池电动势、内电阻的优点。2了解测定电池电动势和内电阻的其他方法。说明 不要求分析测量电池的电动势和内电阻实验的误差。基 础 梳 理1实验方案图 1(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、

2、电流表，电路图如图 1 所示。图 2(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。图 3(3)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，UR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。22实验步骤图 4(1)电流表用 0.6 A 量程，电压表用 3 V 量程，按实验原理图连接好电路。(2)把滑动变阻器滑片移到使其阻值最大的一端。(3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流

3、表有明显的示数，记录一组数据( I、 U)。用同样的方法测量几组 I、 U 值，填入表格。次数 1 2 3 4 5 6I(A)U(V)(4)断开开关，整理器材。3数据处理(1)公式法：把测量的几组数据分别代入 E U Ir 中，然后两个方程为一组，解方程求出几组 E、 r 的值，最后对 E、 r 分别求平均值作为测量结果。(2)图象法以 I 为横坐标， U 为纵坐标建立直角坐标系，根据几组 I、 U 的测量数据在坐标系中描点；用直尺画一条直线，使尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的点，能大致均衡地分布在直线两侧；图 5如图 5 所示：a图线与纵轴交点为 E。b图线与横轴交点为 I 短 。Er

4、c图线的斜率表示 r| |。 U I4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，宜选用旧电池和内阻较大的电压3表。(2)电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势 E 会明显下降，内阻 r 会明显增大，故长时间放电电流不宜超过 0.3 A，短时间放电电流不宜超过 0.5 A。因此实验中不宜 将 I 调得过大，读电表的示数时要快，每次读完后应立即断电。(3)当干电池的路端电压变化不很明显时，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。图 6如图 6 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

5、出。 U I(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。(5)用伏安法测电动势 E 和内电阻 r 时，可以设计成两种电路。图 7如图 7 所示，在实验中我们选择甲图的原因有：依据闭合电路的欧姆定律 E U Ir，在实验中需要测路端电压 U 和通过电源中的电流 I，可以看出，甲图中由于电压表的分流作用，使电流表测得的不是真实的通过电源的电流，乙图中由于电流表的分压作用，电压表测得的不是真实的路端电压，这两个电路都存在系统误差，由于电流表的电阻和电源的内阻差不多大，故电流表的分压作用不能忽略，所以选用甲图。(6

6、)仪器的选择电流表量程的选择：量程要大于电源允许通过的最大电流，对于电池来讲允许通过的最大电流是 0.5 A，故需要选 00.6 A。电压表量程的选择：量程要大于电源电动势，对一节干电池来讲，在大于 1.5 V 的情况下电压表量程越小越好。滑动变阻器的选择：滑动变阻器的最大电阻为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因电源内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可。典 例 精 析4在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”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(01 k) D电压表(03 V) E电流表(00.6 A) F电流表(03 A) G开关、

7、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 U I 图象如图 8 所示，由图象可得电池的电动势为_ V，内电阻为_ 。图 8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，在该实验中因电源内阻比较小，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电流，对于电池来讲允许通过的最大电流一般是 0.5 A，故需要选择 00.6 A，所以电流表应选 E。(2)电路图如

8、图所示。(3)由 U I 图象可知：纵截距为 1.5 V，故电池的电动势为 1.5 V；内电阻 r | U I|1 。|0.9 1.50.6 0|答案 (1)B E (2)见解析 (3)1.5 15本题的解题关键是看清楚横截距是路端电压为 0.9 V 时的电流，不是短路电流，因此不能用 r 求内阻，只能用 r 计算电池的内阻 r。当然在求解时最后从所给的数据中选EI短 U I择两组严格在线上的数据进行计算，不然读数误差太大。即 学 即 练某实验小组利用如图 9 所示电路测定一节电池的电动势和内阻，备有下列器材：图 9待测电池，电动势约为 1.5 V(小于 1.5 V)电流表，量程 0.6 A电

9、压表，量程 1.5 V滑动变阻器，020 开关一个，导线若干(1)按电路图将实物(如图 10 甲所示)连接起来。(2)小组由实验数据作出的 U I 图象如图乙所示，由图象可求得电池电动势为_V，内阻为_。图 10解析 (1)根据电路图连接实物图时，一定要看清电路的结构，滑动变阻器的接线柱所在的位置，注意导线不能交叉。(2)电池的电动势是纵轴截距 1.45 V，内阻 r 2.9 。 U I 1.45 00.5 0答案 (1)如图所示6(2)1.45 2.91.在测量电源电动势和内阻的实验中，某同学根据实验数据，作出了正确 U I 图象，如图11 所示，其中图线斜率绝对值的物理含义是( )图 11

10、A短路电流 B电源内阻C电源电动势 D全电路电阻解析 由测量电源电动势和内阻的实验所作出的 U I 图象，图线斜率的绝对值表示电源的内阻。答案 B2在测定电池的电动势和内阻的实验中，通常有三种测定方案，即“伏安法” 、 “电流表电阻箱法” 、 “电压表电阻箱法” 。下面所给出的四种电路中，能完成此实验的是( )解析 选项 A 中的电流表被短路，是错误的；选项 B 中的电流表、电压表均与滑动变阻器的滑片左边部分线圈并联，电压表不是测的路端电压，是错误的；选项 C 中的电路可以测出路端电压 U，而外电路电阻可由电阻箱读出，利用 I 就可以计算出电流 I，得出 U 和UR7I，就能测定电池的电动势和

11、内阻；选项 D 中的电路只能测出电路的电流值，无法测出路端电压值或者外电路的电阻值，所以测不出电池的电动势和内阻。选项 C 正确。答案 C3某研究性学习小组利用如图 12 甲所示电路测量电源的电动势 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 为电阻箱的读数， I 为电流表的读数，由此可以得1I到电源电动势 E 和内阻 r 分别是( )甲 乙 图 12A E3.0 V， r0.8 B E6.0 V， r0.8 C E1.5 V， r0.9 D E4.5 V， r1 解析 根据闭合电路欧姆定律有 I ，所以 R r，可见，题图乙所示的 R 图线Er R EI 1I的斜率大小

12、表示电源电动势 E，图线的纵截距表示 r，所以 E3.0 V， r0.8 。答案 A4(20184 月金华十校联考)在“测定电池的电动势和内电阻”实验中。(1)某同学用多用电表粗测一节干电池的电动势，选择开关应置于合适位置，下列符合要求的是_。8(2)该同学根据图 13 甲中的电路图将实验仪器连接成如图乙所示的实验电路， a、 b、 c、 d四条导线中，其中有一条导线连接错误，则该导线是_。(3)该同学利用正确的电路测得多组电流、电压值，并根据实验数据得到如图丙所示的U I 图线，由此可知该电池的电动势 E_V；内阻 r_。(均保留三位有效数字)图 13解析 (1)一节干电池电动势为 1.5 V，且干电池是直流电源，故 B 符合要求。(2)电压表应与滑动变阻器、电流表整体并联，故 b 导线连接错误。(3)纵截距为电动势，所以 E1.46 V，斜率为电源内阻， r 0.78 U I答案 (1)B (2) b (3)1.46(1.451.47) 0.78(0.770.79)