20182019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学案新人教版选修31.docx

第 10 节 实验：测定电池的电动势和内阻 一、实验目的 1．进一步熟练电压表、电流表、滑动变阻器的使用． 2．学会用伏安法测电池的电动势和内阻． 3．学会利用图象处理实验数据． 二、实验原理 1．原理图如图所示． 2．原理：通过改变滑动变阻器的阻值，用电压表和电流表测出每种状态 ( 最少两种 ) 下 的 、 I 值，列出两个方程，即可求出电动势 E 和内阻 r ． U E＝ U1＋ I 1r 即 E＝U2＋ I 2r I 2U1－I 1U2 E＝ I2－I1 联立求解可得 U1－ U2 ＝I 2－I 1 三、实验器材 被测电池 ( 干电池 ) 、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线等． 四、实验步骤 1．确定电流表、电压表的量程，按电路原理图把器材连接好，如图所示． 2．把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大． 3．闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数， 用同样的方法测量并记录几组 I 和 U的值． 4．断开开关，整理好器材． 五、数据处理 1 E＝ U1＋ I 1r 1．代数法：运用方程组 求解 E 和 r ． E＝ U2＋ I 2r 为了减小实验的偶然误差， 应该利用 U、I 值多求几组 E和 r 的值，算出它们的平均值． 2．图象法：对于 、 r 一定的电源，路端电压 U 与通过干路的电流 I 的 － 图象是一 E U I 条直线，这条直线与纵轴 U的交点表示电源的电动势 E，与横轴 I 的交点表示短路电流，图 线斜率的绝对值表示电源的内阻 r ．在读图时应注意图象的纵坐标是否是从零开始的，若从 E － 1 零开始，如图甲所示，则 r ＝I 0 ，若不是从零开始，如图乙所示，则 r ＝ I 1 ． 六、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 r ＝ U 流，内阻要在直线上取较远的两点用 I 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、I 1 和 I 2 的差值要大一些． 七、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 U－ I 图象时描点不很准确． 2．系统误差 电流表内接时电路如图甲所示：产生实验误差的原因是由于电压表的分流造成的，测量值与真实值的关系为： E测 E真 ； r 测 r 真． 2 电流表外接时电路如图乙所示：产生实验误差的原因是由于电流表的分压造成的，测量值与真实值的关系为： E测 ＝ E 真 ； r 测r 真． 八、实验创新 ( 测电源 E、r 的其他方案 ) 主要仪器 原理 电路图 U1 E＝U1＋ r R1 伏阻法 ( 电压表、变阻箱 ) U2 E＝U2＋ r R2 安阻法 E＝ I 1R1＋ I 1r ( 电流表、 E＝ I 2R2＋ I 2r 变阻箱 ) 实验原理和电路连接 用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组 ( 电动势约 4．5 V，内电 阻约 1 Ω) 的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用： A．电流表：量程 0． 6 A ，内电阻约 1 Ω B．电流表：量程 3 A ，内电阻约 0．2 Ω C．电压表：量程 3 V ，内电阻约 30 k Ω D．电压表：量程 6 V ，内电阻约 60 k Ω E．滑动变阻器： 0～1 000 Ω，额定电流 0． 5 A F．滑动变阻器： 0～20 Ω，额定电流 2 A 为了使测量结果尽量准确，电流表应选用 ________，电压表应选用 ________，滑动变阻器应选用 ________( 均填仪器的字母代号 ) ． 如图为正确选择仪器后，连好的部分电路．为了使测量误差尽可能小，还需在电路 中用导线将 __________ 和 ________相连、 ________和__________ 相连、 ________和 ________ 相连 ( 均填仪器上接线柱的字母代号 ) ． 3 实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动 变阻器， 重新连接电路， 仍能完成实验． 实验中读出几组电阻箱的阻值 R和对应电压表的示 数 U．用图象法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，则可以 ________为纵坐标，以 ________为横坐标． [ 解析 ] (1) 由于被测电池组的电动势约 4