2019-2020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.pdf

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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：E＝U＋Ir和E＝U＋Ir，1122联立可解出E、r的值。三、实验器材待测电池一节，电流表(0～0.6A)、电压表(0～3V)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

2、压表的量程，按实验电路图连接好实物电路，并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/AIIIIII1234

3、56U/VUUUUUU外123456分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E、r，E、r，E、r，求出它们的平112233均值E＋E＋Er＋r＋rE＝123，r＝123作为测量结果。332．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U＝E－Ir可知：(1)纵轴截距等于电源的电动势EE，横轴截距等于外电路短路时的电流I＝。mrΔUE(2)图线斜率的绝对值等于电源的内阻r＝＝。ΔIIm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。

4、2．系统误差由于电压表分流I，使电流表示数I小于电池的输出电流I。IV真真U＝I＋I，而I＝，U越大，I越大，它们的关系可用如图表示。实测VVRVV的图线为AB，经过I修正后的图线为A′B，可看出AB的斜率绝对值和V在纵轴上的截距都小于A′B，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

5、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ΔU＝求出。ΔI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，U和U、12I和I的差值要大一些。12八、它案设计1．用电流表和电阻箱测E、r(又叫安阻法)如图所示，由E＝IR＋Ir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)U如图所示，由E＝U＋·r可知，如果能得到U、R的两组数据，同R样能通过解方程

6、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3V，内阻R＝10kΩ)VB．电流表G(量程3mA，内阻R＝100Ω)GC．电流表A(量程3A，内阻约为0.5Ω)D．滑动变阻器R(阻值范围0～10Ω，额定电流2A)1E．滑动变阻器R(阻值范围0～1000Ω，额定电流1A)2F．定值电阻R＝0.5Ω3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________________________

7、____________。(2)该同学将电流表G与定值电阻R并联，实际上是进行了电表的改装，则他改装后的电3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1.5V，为方便实验操作，滑动变阻器应选R，它1E