测电源电动势

1、第10节 实验：测定电池的电动势和内阻一、知识梳理（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2101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：图2101EU1I1r和EU2I2r，联立可解出E、r的值。（三）、实验器材待测电池一节，电流表(00.6 A)、电压表(03 V)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干。（四）、实验步

2、骤(1)选定电流表、电压表的量程，按照电路图把器材连接好。(2)把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端(图2102中左端)。图 2102(3)闭合电键，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，读出电压表示数U和电流表示数I，并填入事先绘制好的表格(如下表)。(4)多次改变滑片的位置，读出对应的多组数据，并一一填入表中。实验序号123456I/AU/V(5)断开电键，整理好器材。（五）、数据处理依据以上实验步骤测得数据，可以用以下两种方法得到结果。(1)平均值法：利用在实验中测得6组U、I值，分别组成三组方程组，联立解得三个电动势和三个内电阻，分别算出它们的平均值，即E，r。(2)图像法：以路端电压U为

3、纵轴、干路电流I为横轴建立U­I坐标系，在坐标平面内描出各组(U，I)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率大小即为电池的内阻r，即r|。（六）、实验注意事项在实验时应注意以下五点：(1)电池应选使用过一段时间的半新电池，这样可以使路端电压有较大范围的变化值。(2)闭合开关前，一定要把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。(3)在电流表有明显示数且稳定后，再读出电压表读数U和电流表读数I。(4)一般来说电池的电动势和内阻都随着使用时间的增长而变化，实验时不要长时

4、间通电，只是在读数时让电路接通，其他时间要断开电路。(5)该实验中电流表选00.6 A挡，电压表选03 V挡。（七）、误差分析1系统误差(1)电流表相对于待测电阻(电源内阻)外接。图 2103实测的E和r都小于真实值。(2)电流表相对于待测电阻(电源内阻)内接。图 2104E测E真，r测>r真任一种电路都存在系统误差，若电源内阻较小时，不能采用图2104甲中的测量电路，尽管电动势的测量值准确，但内阻的测量误差很大，因此要选用图2103甲中的测量电路。但若电源内阻很大，以至于电流表内阻可以忽略，如水果电池，则需用图2104中甲的测量电路。2偶然误差主要来源于电压表、电流表的读数以及作U&#

5、173;I图线时描点不准确。二、例题【例】1在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中，供选用的器材有：A电流表(量程：00.6 A，RA1 )；B电流表(量程：03 A，RA0.6 )；C电压表(量程：03 V，RV5 k)；D电压表(量程：015 V，RV10 k)；E滑动变阻器(010 ，额定电流1.5 A)；F滑动变阻器(02 k，额定电流0.2 A)；G待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干。(1)请在题中虚线框中画出能使本实验测量精确程度高的实验电路。(2)电路中电流表应选用_，电压表应选用_，滑动变阻器应选用_。(用字母代号填写)(3)如图2107所示为实验所需器

6、材，请按原理图连接出正确的实验电路。图2107(4)引起该实验系统误差的主要原因是_。【例2】在用电压表和电流表测电池的电动势和内阻的实验中，所用电压表和电流表的内阻分别为1 k和0.1 ，图2108中为实验原理图及所需器件图。(1)在图中画出连线，将器件按原理图连接成实验电路。图2108(2)一位同学记录的6组数据见下表，试根据这些数据在图2108中画出U­I图像，根据图像读出电池的电动势E_V，求出电池内阻r_。I(A)0.120.200.310.320.500.57U(V)1.371.321.241.181.101.05(3)若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，用公式EU

7、Ir列方程求E和r，这样做可能得出误差很大的结果，其中选用第_组和第_组的数据，求得E和r误差最大。【例3】在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路。图2109(1)按如图2109甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来。(2)在图乙的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于_端(选填“A”或“B”)。(3)图21010是根据实验数据作出的U­I图像，由图可知，电源的电动势E_ V，内阻r_。【例4】某研究性学习小组利用如图21011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为电阻箱读数，I为

8、电流表读数，由此可以得到E_V，r_。图 21011【例5】甲同学设计了如图21012甲所示的电路测电源电动势E及电阻R1和R2的阻值。实验器材有：待测电源E(不计内阻)，待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V(量程为01.5 V，内阻很大)，电阻箱R(099.99 )，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。(1)先测电阻R1的阻值。请将甲同学的操作补充完整：闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数r和对应的电压表示数U1；保持电阻箱示数不变，_，读出电压表的示数U2，则电阻R1的表达式为R1_。图21012(2)甲同学已经测得电阻R14.8 ，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值

9、。该同学的做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图乙所示的 ­图线，则电源电动势E_V，电阻R2_。(3)利用甲同学设计的电路和测得的电阻R1，乙同学测电源电动势E和电阻R2阻值的做法是：闭合S1，将S2切换到b，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了相应的 ­图线，根据图线得到电源电动势E和电阻R2。这种做法与甲同学的做法比较，由于电压表测得的数据范围_(填“较大”“较小”或“相同”)，所以_同学的做法更恰当些。三、练习【课堂练习】1.如图21013所示，用

10、一只电流表和两个定值电阻测定电源电动势和内电阻的实验中，由于未考虑电流表的内阻，其测量值E和r与真实值E0和r0相比较，正确的是() 图21013AEE0，rr0BEE0，rr0CEE0，rr0DEE0，rr02下列给出多种用伏安法测电池的电动势和内阻的数据，处理方法既能减小偶然误差，又直观、简便的是()A测出两组I、U的数据，代入方程组EU1I1r和EU2I2r，求出E和rB多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值C测出多组I、U的数据，画出U­I图像，再根据图像求出E、rD多测几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再

11、用闭合电路欧姆定律求出电池内阻r3“测定电池的电动势和内阻”的实验中，下列注意事项中错误的是()A应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显B应选用内阻较小的电压表和电流表C移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载D根据实验记录的数据作U­I图像时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧4(多选)用如图21014甲所示的电路来测量电池电动势和内电阻，根据测得的数据作出了如图所示的U­I图线，由图乙可知()图21014A电池电动势的测量值是1.40 VB电池内阻的测量值是3.50 C外电路发生短路时的电流为0.40

12、 AD电压表的示数为1.20 V时电流表的示数I0.20 A5在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图21015所示的实物电路。图21015(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到_。(填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R010 的定值电阻两端的电压U。下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是_。(填“1”或“2”)方案编号电阻箱的阻值R/1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0(3)根据实验数据描点，绘出的 ­R图像是一条直线，若直线的斜率为k，在坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E_，内阻r_。(用k、b和R0表示)06测量“水果电池”的电动势和内电阻的实验中，将一铜片和一锌片分别插入同一只苹果内，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约为1.5 V，可是这种电池并不能点亮额定电压为1.5 V，额定电流为0.3 A的手电筒上的小灯泡。原因是流过小灯泡的电流太小了，经实验测定电流约为3 mA。现有下列器材：待测“水果电池”电流表：满偏电流3 mA，电阻约10 电压表：量程01.5 V，电阻约1 000 滑动变阻器R1：030 滑动变阻器R2：030 k开关、导线等实验器材图21016(1)本实验选用图2