《（山东省专用）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讲义（含解析）新人教版选修3_1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（山东省专用）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讲义（含解析）新人教版选修3_1（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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。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确定电流表、电压表的量程，按实验电路图连接好实物电路，并
2、将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。2闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数。3同样的方法，依次记录多组U、I值。4断开开关S，拆除电路。5以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压、电流标在坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻。五、数据处理为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法：1公式法利用依次记录的多组数据(一般6组)，分别记录如表所示：实验序号123456I/AI1I2I3I4I5I6U外/VU1U2U3U4U5U6分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程
3、组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值E，r作为测量结果。2图像法把测出的多组U、I 值，在UI 图中描点画图像，使UI 图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图所示，由UEIr 可知：(1)纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流Im。(2)图线斜率的绝对值等于电源的内阻r。六、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 图像时描点不准确。2系统误差由于电压表分流IV，使电流表示数I小于电池的输出电流I真。I真IIV，而IV，U越大，IV越大，它们的关系可用如图表示。实测的图线为AB，经过IV修正后的图线为AB，可
4、看出AB的斜率绝对值和在纵轴上的截距都小于AB，即实测的E和r都小于真实值。七、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，作图像时，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。八、它案设计1用电
5、流表和电阻箱测E、r(又叫安阻法)如图所示，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)如图所示，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。例1某同学要测量一节干电池的电动势和内阻。(1)实验室除提供开关S和导线外，还有以下器材可供选择：A电压表 V(量程3 V，内阻RV10 k)B电流表G(量程3 mA，内阻RG100 )C电流表A(量程3
6、A，内阻约为0.5 )D滑动变阻器R1(阻值范围010 ，额定电流2 A)E滑动变阻器R2(阻值范围01 000 ，额定电流1 A)F定值电阻R30.5 该同学依据器材画出了如图1所示的原理图，他没有选用电流表A的原因是_。(2)该同学将电流表G与定值电阻R3并联，实际上是进行了电表的改装，则他改装后的电流表对应的量程是_ A。(3)为了能准确地进行测量，同时为了操作方便，实验中应选用滑动变阻器_(填写器材的符号)。(4)该同学利用上述实验原理测得数据，以电流表G读数为横坐标，以电压表 V读数为纵坐标绘出了如图2所示的图线，根据图线可求出电源的电动势E_ V(结果保留三位有效数字)，电源的内阻
7、r_(结果保留两位有效数字)。解析(1)一节干电池的电动势约为1.5 V，为方便实验操作，滑动变阻器应选R1，它的阻值范围是010 ，电路中最小电流约为Imin A0.15 A，电流表A的量程是3 A，电流表量程太大，因此不能用电流表A。(2)改装后电流表量程：IIg0.003 A A0.603 A。(3)为使电路中电流较大，并且方便调节，故实验中应选用的滑动变阻器是阻值范围较小的R1。(4)由上可知，改装后电流表的量程是电流表G量程的200倍，图像的纵截距等于电源的电动势，由图读出电源的电动势为：E1.48 V。图线的斜率大小kr，r 0.83 。答案(1)电流表量程太大(2)0.603(3
8、)R1(4)1.480.83 例2如图所示，用伏安法测电源电动势和内阻的实验中，在电路中接一阻值为2 的保护电阻R0，通过改变滑动变阻器，得到几组电表的实验数据：U(V)1.100.860.700.540.06I(A)0.100.160.200.240.36请完成下列问题：(1)本实验系统误差主要因素是_；(2)用作图法在坐标系内作出UI图线；(3)利用图线，测得电动势E_ V，内阻r_ 。(4)电动势测量值_真实值，内阻测量值_真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)。解析(1)引起误差的主要因素为电压表的分流；(2)UI图线如图所示；(3)图像的纵截距表示电源的电动势，故E1.5 V，图像
9、的斜率表示内阻与R0之和，故rR02 ；(4)由图示可知，伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法，由于电压表分流作用，电流表测量值偏小，当外电路短路时，电流测量值等于真实值，电源的UI图像如图所示，由图像可知，电动势测量值小于真实值，电源内阻测量值小于真实值。答案(1)电压表的分流作用(2)见解析图(3)1.52(4)小于小于1为了测出电源的电动势和内阻，除待测电源和开关、导线以外，配合下列哪组仪器，不能达到实验目的()A一个电流表和一个电阻箱B一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器C一个电压表和一个电阻箱D一个电流表和一个滑动变阻器解析：选D根据EI(Rr)，由电流表测出电流，用电阻箱读
10、出外电阻的阻值，可以求出E、r，A正确；根据EUIr，由电流表测出电流，由电压表测出电压，可以求出E、r，B正确；根据EU，由电压表测出电压，用电阻箱读出外电阻的阻值，可以求出E、r，C正确；因为滑动变阻器不能读出电阻的数值，所以只有一个电流表和一个滑动变阻器，测不出电动势和内阻，D错误。2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所示。关于该学生接线的说法正确的是()A滑动变阻器不起变阻作用B电流表接线有误C电压表量程选用不当D电压表接线不妥解析：选AD移动变阻器触头时，不会改变接入电路的电阻大小，变阻器不起变阻作用，A正确；
11、电流表只允许电流从正接线柱流入，从负接线柱流出，而且应该选择00.6 A量程，图中电流表接线正确，所以B错误；图中电源为两节干电池，电动势为3 V，所以电压表量程应选用03 V，所以C错误；图中开关不能控制电压表，且电流从负接线柱流入，从正接线柱流出，所以电压表的接线不妥，D正确。3下列给出多种用伏安法测电池的电动势和内阻的数据，处理方法既能减小偶然误差，又直观、简便的是()A测出两组I、U的数据，代入方程组EU1I1r和EU2I2r，求出E和rB多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值C测出多组I、U的数据，画出UI图像，再根据图像求出E、rD多测几组I、U的数据，分别求出
12、I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出电池内阻r解析：选CA中只测量两组数据求出E、r，偶然误差较大；B中计算E、r平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D中分别求出I、U的平均值再求解的方法是错误的。4多选用如图甲所示的电路来测量电池电动势和内电阻，根据测得的数据作出了如图所示的UI图线，由图乙可知()A电池电动势的测量值是1.40 VB电池内阻的测量值是3.50 C外电路发生短路时的电流为0.40 AD电压表的示数为1.20 V时电流表的示数I0.20 A解析：选AD图像与纵坐标的交点为电池的电动势E1.40 V；电池的内阻r 1 ；根据EUIr，代入
13、数据得I A0.20 A，故A、D正确。5小明利用如图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/V1.451.361.271.161.06I/A0.120.200.280.360.44请根据表中的数据，在方格纸上(如图2)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)电流表选择的量程是0.6 A，所以此时电流表的示数为0.44 A。(2)根据表中的数据，画出UI图像如
14、图所示，根据图像可知，纵坐标的截距代表电动势的大小，直线的斜率代表内电阻的大小，所以电动势E1.60 V；内阻r 1.2 。(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大。答案：(1)0.44(2)UI图像见解析图1.60(1.581.62都算对)1.2(1.181.26都算对)(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大6某同学用下列器材测定一节蓄电池的电动势和内阻，蓄电池的电动势约为3 V，内阻很小。A量程是0.6 A，内阻约为0.5 的电流表；B量程是3 V，内阻是6 k的电压表；C量程是15 V，内阻是30 k的电压表；D阻值为01 k，额定电流为0.5 A的滑动变阻器；E阻值为010 ，额定电流为2 A的滑动变阻器；F定值电阻4 ，额定功率4 W；G开关S一个，导线若干。(1)为了减小实验误差
