第9节 实验:测定电池的电动势和内阻

第9节 实验:测定电池的电动势和内阻

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1、第9节 实验:测定电池的电动势和内阻!第9节 实验:测定电池的电动势和内阻要点实验基础知识1.实验步骤(1)电流表用0.6A量程,电压表用3V量程,按图连接好电路.(2)把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端.(3)闭合电键,调节变阻器,使电流表有明显示数,记录一组数据(I,U),用同样方法测量几组I、U值,记录在自己设计的表格中.(4)打开电键,整理好器材.(5)处理数据,用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值.2.注意事项(1)使用内阻大些(用过一段时间)的干电池,在实验中不要将I调得过大,一般不超过0.5A,每次读完U、I读数立即断电,以免干电池在大电流放电时

2、极化现象过重,E、r明显变化.(2)测出不少于6组(I,U)数据,且U、I变化范围尽量大些.(3)在画U—I图线时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧,而不要顾及个别离开较远的点以减小偶然误差.(4)干电池内阻较小时U的变化较小,坐标图中数据点将呈现如图2-9-5甲所示的状况,下部分大面积空间得不到利用,为此可使纵坐标不从零开始,如图乙所示,纵坐标不从零开始,把纵坐标的比例放大,可使结果的误差减小些.此时图线与横轴交点不表示短路电流,计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点,用r=

3、ΔUΔI

4、计算出电池的内阻r.图2-9-5(5)合理地选择电压表与电流表

5、的量程可以减小读数误差,电压表选取0~3V量程,电流表选取0~0.6A量程.  1.U—I图象的斜率和截距的物理意义是什么?图2-9-6我们用U—I图象处理实验数据,得到了一条以点A(与纵轴U的交点)和点B(与横轴I的交点)为端点的斜线U=E-Ir(如图2-9-6所示),那么,应该如何认识这条直线的物理意义?对于点A,从坐标可以看出,电流I=0,这时电路处于断路状态,因此纵坐标UA=E.而UA也是直线的截距,则图象的截距表示了电源的电动势.对于点B,从坐标可以看出,路端电压U=0,这时电路处于短路状态,因此横坐标为短路电流I短,一般电源的内电阻都较小,因此短路电流很大,容

6、易烧坏电源,甚至引起火灾等不良后果,应避免短路现象的发生.由图象可求得直线的斜率(即斜线与横轴I的夹角α的正切)tanα=OAOB=0-EI-0=-r这与欧姆定律的直线方程U=E-Ir的斜率k=-r一致.可见,U—I图象的斜率的绝对值就是电源内电阻的数值.这就是斜率k=tanα的物理意义.2.本实验如何进行误差分析?(1)第一种实验线路(课本上的测量电路)U=E-Ir中I是通过电源的电流,而本实验用图2-9-7所示的电路是存在系统误差的,这是由于电压表分流IV,使电流表示值I测小于电池的输出电流I真.因为I真=I测+IV,而IV=URV,U越大,IV越大,U趋于零时,IV

7、也趋于零.图2-9-7     图2-9-8所以它们的关系可用图2-9-8表示,测量图线为AB,真实图线为A′B.由图线可看出r和E的测量值都小于真实值.r测<r真,E测<E真(2)第二种实验线路测量电源电动势和内阻的第二种接法,如图2-9-9所示.图2-9-9    图2-9-10由于电流表的分压作用,因为U真=U测+UA′=U测+IRA,RA为电流表的内阻,这样在U—I图线上对应每一个I应加上一修正值ΔU=IRA,由于RA很小,所以在I很小时,ΔU趋于零,I增大,ΔU也增大,理论值与测量值的差异如图2-9-10所示.由图可知:E测=E真,r测>r真(

8、内阻测量误差非常大).实际测量时应选电路图2-9-7.一、实验基本操作【例1】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为0~20Ω,连接电路的实物图如图2-9-11所示.图2-9-11该学生接线中错误的和不规范的做法是(  )A.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 AD解析 实物图中,滑动变阻器的两个固定端被接入电路,滑片移动时,变阻器不起变阻作用,选A项.电流表和电压表只允许从电表的正接线柱流入,负接线柱流出,故图中电压表接线错误,电流表接线正确.故选D项,不选B项.一节干电池的电动势为1.5

9、V,电压表选用0~3V量程是正确的,故不选C项.图中电压表直接和电池并联,即使开关断开,电压表仍有示数,开关不能控制整个电路,从这个角度看出应选D项.二、数据处理方法【例2】下面是在测某电池的电动势和内阻的实验中记录的六组数据.请在直角坐标系中画出U—I图,并根据图象算出待测电池的电动势和内阻.U/V1.371.321.241.181.101.05I/A0.120.200.310.320.500.57答案 图象见解析图 1.46V 0.72Ω解析 建立坐标系,利用描点法画出U—I图象,如图所示.第四个点明显偏离,可见误差太大,

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