1、第13讲 实验：测定电池的电动势和内阻,第二章 恒定电流,1.知道测定电池的电动势和内阻的实验原理. 2.通过实验过程，掌握实验方法，学会根据图象合理外推进行数据处理的方法. 3.尝试分析电池电动势和内阻的测量误差，了解测量中减小误差的方法,目标定位,栏目索引,实验：测定电池的电动势和内阻,对点检测 自查自纠,实验：测定电池的电动势和内阻,一、实验原理和方法 1.伏安法：由EUIr知，只要测出U、I的 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 、
2、 、_、 、 ，电路图如图1所示.,图1,两组,电池,开关,滑动变,阻器,电压表,电流表,答案,2.安阻法：由EIRIr可知，只要能得到 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、 、 &nbs
3、p; 、 ，电路图如图2所示. 3.伏阻法：由EU 知，如果能得到 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 、 、
4、 、 ，电路图如图3所示.,图2,图3,I、R,电池,开关,电阻箱,电流表,U、R,电池,开关,电阻箱,电压表,答案,二、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(如图1). 2.把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最 . 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
5、法求出电池的电动势和内阻.,大,答案,三、实验数据的处理,可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值.,2.作图法： (1)本实验中，为了减少实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据多次测出的U、I值，作UI图象； (2)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,答案,(3)横轴截距点(路端电压U0)意味着短路情况，它的 数值就是 ； (4)图线斜率的绝对值即电池的
6、 ，即r ， 如图4所示.,图4,短路电流,内阻r,答案,四、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，防止干电池因大电流放电时间过长导致 发生明显变化. 3.当干电池的路端电压变化不很明显时，作图象，纵 轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始. 如图5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
7、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.,图5,内阻r,答案,五、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图象时描点不准确. 2.系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏 一些.U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越 ，将测量结果与真实情况在UI坐标系中表示出来，可以得到E测 E真，r测 r真.,小,大,答案,例1 在“用电流表和电压
8、表测定电池的电动势和内阻”的实验中. (1)备有如下器材 A.干电池1节 B.滑动变阻器(020 ) C.滑动变阻器(01 k) D.电压表(03 V) E.电流表(00.6 A) F.电流表(03 A) G.开关、导线若干 其中滑动变阻器应选_，电流表应选_.(只填器材前的序号),解析 滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因干电池内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可，故滑动变阻器应选B.(也可以从便于调节的角度来分析，应该选择阻值较小的滑动变阻器.) 电流表的量程要大于电源允许通过的最大电流，对于干电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5 A
9、，故需要选择00.6 A，所以电流表应选E.,B,E,解析答案,(2)为了最大限度的减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图.,解析 电路图如图所示.,答案 见解析图,解析答案,(3)某同学根据实验数据画出的UI图象如图6所示，由图象可得电池的电动势为_ V，内阻为_ .,图6,1.5,1,解析答案,(4)写出该实验误差的原因：_；电动势的测量值_真实值，内阻的测量值_真实值.(填“大于”“等于”或“小于”),解析 由于电压表的分流作用，使电流表读数总是比干路电流小，造成E测E真，r测r真.,电压表的分流,小于,小于,解析答案,例2 某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内 阻
10、，使用的器材还包括定值电阻(R05 )一个，开关两个， 导线若干，实验原理图如图7(a). (1)在图(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接.,答案 如图所示,答案,图7,(2)请完成下列主要实验步骤： 检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图(c) 所示，读得电阻值是_； 将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49 V； 将开关S2_，电压表的示数是1.16 V；断开开关S1.,解析 由题图(c)读得电阻箱阻值为R20 ；将S1闭合，S2断开，电压表示数为电源电动势E1.49 V，将S2再闭合，电压表示数为电阻箱R 两端电压.将电压表视为理想电表，则干路
11、电流I 0.058 A.,20 ,闭合,解析答案,(3)使用测得的数据，计算出干电池的电动势是_，内阻是_ (计算结果保留两位有效数字).,1.49 V,0.69 ,解析答案,方法点拨,方法点拨,(1)外电路断路时外电压等于电动势，即例2中S2断开时电压表示数为电动势. (2)不管哪种方法，测电动势和内阻的原理都是闭合电路的欧姆定律.,例3 某研究性学习小组利用如图8甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r.根据实验数据绘出如图乙所示的R 图线，其中R为电阻箱
12、读数，I为电流表读数，由此可以得到E_，r_.,图8,解析 由欧姆定律有，,由此知图线的斜率为电动势E，纵轴截距大小为内阻r.,r1 .,2.8 V(2.72.9 V均可),1 ,返回,解析答案,总结提升,总结提升,本题依据的基本公式EIRIr，并给出了R 图象，体现了物理实验数据的“化曲为直”的思想.首先由EIRIr变形得出R r，然后分析图象的截距和斜率的意义，得到结论.,返回,对点检测 自查自纠,1,2,1.用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r，所用电路如图9(a)所示，一位同学测得的六组数据如下表所示.,图9,1,2,(1)试根据这些数据在图
13、(b)中作出UI图线.,解析 作图线时应使尽可能多的点落在直线上，个别偏离太远的点应舍去，图线如图所示.,答案 见解析图,解析答案,1,2,(2)根据图线求出电池的电动势E_V，电池的内阻r_.,1.45,0.69,解析 由图线与纵轴的交点可得电动势E1.45 V，再读出图线与横轴 交点的坐标(0.65,1.00)，由EUIr得r 0.69 .,解析答案,1,2,2.某学习小组的同学设计了如图10所示的电路来测量定 值电阻R0的阻值(约为几欧到十几欧)及电源的电动势E 和内阻r. 实验器材有：待测电源，待测电阻R0，电流表A(
14、量程为 0.6 A，内阻不计)，电阻箱R(099.9 )，开关S1和S2， 导线若干.,图10,1,2,(1)先测电阻R0的阻值.请将学习小组同学的操作补充完整； 先闭合S1和S2，调节电阻箱，读出其示数R1和对应的电流表示数I，然后_，使电流表的示数仍为I，读出此时电阻箱的示数R2.则电阻R0的表达式为R0_.,解析 器材中只有电流表而没有电压表，无法由伏安法求出电阻，故只能利用电阻箱得出待测电阻的阻值；当电路中电流相同时，电阻也应相同；因此可以控制电流相等，利用电阻箱的电阻，得出待测电阻的阻值；因此缺少的步骤应为：断开S2，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为I；而待测电阻等于两次电阻箱的示数之差，即：RxR1R2.,断开S2，调节电阻箱的阻值,R1R2,解析答案,1,2,(2)同学们通过上述操作，测得电阻R09.5 ，继续测电源的电动势E和内阻r.该小组同学的做法是：闭合S1，断开S2，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电流表示数I，如下表数据：,1,2,根据图11给定的坐标系并结合以上数据描点作图.,图11,解析 描点连线如图所示,答案 见解析图,解析答案,1,2,利用图象求出该电源的电动势E_ V，内阻r_ (保留两位有效数字).,解析 由闭合电路欧姆定律可知：EI(RR0r),结合图象可知：E6.0 V r2.5 ,6.0,2.5,返回,解析答案,本课结束,