2020_2021学年高中物理第二章恒定电流10实验：测定电池的电动势和内阻学案新人教版选修3_1

10　实验：测定电池的电动势和内阻 1．实验原理 根据闭合电路欧姆定律，其方法有： (1)如图甲所示，改变滑动变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组I和U值，由U＝E－Ir可得 E＝，r＝. (2)为减小误差，至少测出六组U和I值，且变化范围要大些，然后在U?I图象中描点作图，由图线纵截距和斜率找出E、r(r＝)，如图乙． 2．实验器材 待测电池一节，电流表(0～0.6 A)、电压表(0～3 V)各一块，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干． 3．实验过程 (1)实验步骤 ①确定电流表、电压表的量程，按图甲连接好电路，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，依据这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内阻． (2)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)，分别记录如下表所示： 实验序号 1 2 3 4 5 6 I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6 U/V U1 U2 U3 U4 U5 U6 分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组分别解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值E＝，r＝作为测量结果． ②图象法：把测出的多组U、I值，在U?I图中描点画图象，使U?I图象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，如实验原理中图乙所示，由U＝E－Ir可知： a．纵轴截距等于电源的电动势E，原点电压为0时，横轴截距等于外电路短路时的电流Im＝. b．直线斜率的绝对值等于电源的内阻r＝||＝. c．若电源内阻r＝0(理想电源)，则U＝E. 电池已成为人类生活的亲密伙伴，生活中处处需要电池，新旧电池的主要不同是什么？测量电池的电动势和内阻的实验为什么要选用旧电池？ 提示：新旧电池的主要不同是内电阻不同．旧电池内电阻较大，在实验时，电流变化时路端电压变化明显． 考点一　　仪器选择及实验数据处理 1．实验仪器的选取 测一节干电池的电动势和内电阻，电压表应选择3 V量程；一般通过干电池的电流不能过大，电池在大电流时电动势会明显下降，内电阻r会明显增大，因此电流表应选择0.6 A挡；电池应选择废旧干电池，此时电池内阻大，路端电压变化范围大；为使滑动变阻器调节方便，滑动变阻器选择最大阻值10 Ω左右的电阻． 2．实验数据的处理 (1)在用U?I图象处理数据时注意坐标原点的数据，防止直接用纵坐标值与横坐标值(截距)求电阻而出错．图线斜率的绝对值为电源的内阻． (2)图象中图线与U轴的交点的值为电动势． 【例1】　用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r，所给的器材有： A．电压表：0～3～15 V B．电流表：0～0.6～3 A C．滑动变阻器R1：(总阻值20 Ω) D．滑动变阻器R2：(总阻值100 Ω) E．电键S和导线若干． (1)电压表量程选用_____；滑动变阻器选用_____(填R1或R2)； (2)在虚线框中将电压表连入实验电路中； (3)在U?I图中已画出七组实验数据所对应的坐标点，请根据这些点作出U?I图线并由图线求出：E＝_____ V，r＝_____ Ω. 【答案】　(1)0～3 V　R1　(2)实物连接见下图 (3)见下图　1.43～1.47　0.60～0.80 【解析】　由于一节干电池的电动势约为1.5 V，电压表量程是0～3 V；为了调节方便，滑动变阻器用R1，连线时注意让尽量多的点落在直线上，不在直线上的点，应均匀分布在直线两侧，然后根据图象求E、r. 总结提能 实验中应注意的问题 (1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，宜选用旧电池；内阻较大的电压表可减小因电压表分流造成的误差． (2)电池在大电流放电时极化现象较严重， ... ...