第二章 10 闭合电路的欧姆定律 实验：测定电池的电动势和内阻—人教版高中物理选修3-1讲义.doc

实验：测定电池的电动势和内阻一、测定电池电动势和内阻的实验方案设计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，电路图如图所示.2.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，电路图如图所示.3.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123456I/AI1I2I3I4I5I6U/VU1U2U3U4U5U6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.(2)图象法根据多次测出的U、I值，作UI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；图线斜率的绝对值等于电池的内阻r，即r，如图所示.3.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)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.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.选择仪器时注意掌握的原则1.安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流.2.精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在不超量程的前提下，尽量选用小量程的，对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近.3.方便性原则，此原则主要针对滑动变阻器来讲，在滑动变阻器控制电路时，电路的电压、电流的变化范围要尽可能大，以便获取多组测量值.伏阻法和安阻法的实验原理和数据处理1.伏阻法(1)电路图：如图所示(2)实验原理：EUr(3)数据处理计算法：图象法：作出图象，如图.由图象的斜率和截距求解.2.安阻法(1)电路图：如图所示.(2)实验原理：EIRIr.(3)数据处理计算法：图象法：作出R图象，如图.由图象的斜率和截距求解.1(多选)如图所示，是根据某次测定电池的电动势和内阻的实验记录的数据作出的UI图象，下列关于这个图象的说法中正确的是()A.纵轴截距表示待测电池电动势，即E3.0 V B.横轴截距表示短路电流，即I00.6 AC.根据r，计算出待测电池内阻为5 D.根据r|，计算出待测电池内阻为1 2利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻.要求尽量减小实验误差.(1)应该选择的实验电路是图中的_(填“甲”或“乙”).(2)现有电流表(00.6 A)、开关和导线若干，以及以下器材：A.电压表(015 V)B.电压表(03 V)C.滑动变阻器(050 )D.滑动变阻器(0500 )实验中电压表应选用_；滑动变阻器应选用_.(选填相应器材前的字母)(3)某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出UI图线.序号123456电压U(V)1.451.401.301.251.201.10电流I(A)0.0600.1200.2400.2600.3600.480(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E_V，内电阻r_.3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.(1)本实验中的R0应选_(填字母).A.10 B.50 C.150 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_ .4如图a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，连接了一定值电阻，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R1(010 )，滑动变阻器R2(0200 )，开关S. (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UI坐标系中画出UI图线如图d所示，则新干电池的内阻r_ .(保留两位有效数字)5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. (1)按图甲所示的实验电路，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)如图是根据实验数据作出的UI图象，由图可知，电源的电动势E_ V，内阻r_ .6在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：A.干电池E(电动势约为1.5 V，内阻小于1.0 )B.电流表A1(满偏电流3 mA，内阻r110 )C.电流表A2(00.6 A，内阻0.1 )D.滑动变阻器R1(020 ，10 A)E.滑动变阻器R2(0100 ，10 A)F.定值电阻R3(990 )G.开关和导线若干(1)为方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是_.(填字母代号)(2)请画出利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验电路图.(3)如图为某一同学根据他所设计的实验绘出的I1I2图线(I1为A1的示数，I2为A2的示数)，由图线可求得被测电池的电动势E_ V，内阻r_ .实验：测定电池的电动势和内阻1答案AD解析由于纵坐标并非从零开始，故横轴截距不是短路电流，内阻r| 1 .2答案(1)甲(2)BC(3)如图所示(4)1.50(1.491.51)0.83(0.810.85)解析(1)如果用乙电路，误差来源于电流表的分压，测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分，而电流表内阻与电源内阻很接近，故电源内阻测量误差大，用甲电路，误差来源于电压表的分流，因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻，故电压表分流很小.测量引起的误差小，故选择甲电路图；(2)电源电动势为1.5 V，因此电压表量程选择3 V，故选B；为使电路中的电流能大范围调节，需选用全阻值小的滑动变阻器，故选C；(3)先描点，然后用平滑的直线连接，就得到电源的伏安特性曲线；(4)由闭合电路的欧姆定律得UEIr，故UI图象的纵轴截距表示电源的电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻，故E1.50 V，r0.83 .3答案(1)C(2)1045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 、图中电流表的内阻RA5 ，C选项最为合适.(2)由U外EIr得I(R0RRA)EIr，变形得 .结合题图可得E10 V，r45 .4答案(1)R1(2)如图所示(3)0.29 5答案(1)见解析图(2)B (3)1.51.0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B端.(3)由题图图象可知，电源电动势为1.5 V，内阻r 1.0 .6答案(1)D(2)(3)1.48(1.471.49均可)0.75