实验 测定电池的电动势和内阻

课时2.9实验:测定电池的电动势和内阻

1.知道测量电源电动势和内阻的实验原理,进一步感受电源路端电压随电流变化的关系。

2.学会根据图象合理外推进行数据处理的方法。

3.尝试分析电源电动势和内阻的测量中的误差,了解测量中减小误差的方法。

4.培养仔细观察、真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是的品质。

1.实验原理

(1)如图甲所示,根据关系式E=①U+Ir,可以用②电压表、③电流表加上一个可以改变

的电阻器测定电源的电动势和内阻。

(2)如图乙所示,根据关系式E=④IR+Ir,可以用⑤电流表、电阻箱测定电源电动势和

内阻。

(3)如图丙所示,根据关系式E=⑥,可以用⑦电压表、电阻箱测定电源电动势

和内阻。

甲乙丙

2.实验方法

(1)把较粗的铜丝和铁丝相隔几毫米插入马铃薯或苹果中,就制成了一个水果电池,其

中铜丝是电池的⑧正极,铁丝是⑨负极。

(2)实验时改变电阻,可以获得多组电压值和⑩电流值,并记录在表中。

(3)用水果电池做实验的优点是它的内阻较大,容易测量,缺点是内阻容易发生变化,测量前要做好充分准备,使测量尽量迅速。

3.数据处理

(1)解方程组法:用两组数据分别代入关系式E=U+Ir中,解方程组就可以算出

电动势和内阻,此法的优点是方法简单,但误差较大。

(2)图象法:以I为横坐标、U为纵坐标建立坐标系,根据所测量的多组数据画出U-I

图象,由函数式U=-rI+E可知图象纵轴的截距为电动势,横轴的截距为短路电流,由关

系式r=可以求出电源的内阻。

主题1:实验原理

阅读教材中“实验原理”标题下面的内容,回答下列问题。

(1)讨论根据闭合电路欧姆定律如何求一个电源的电动势和内阻。

(2)如何测出一节干电池的电动势和内阻?需要什么仪器,采用什么样的电路图?原理是什么?

主题2:实验方法(重点探究)

阅读教材中“实验方法”标题下面的内容,回答下列问题。

(1)教材中介绍用水果电池做实验,这样选择的优点是什么?如果实验中用干电池来代替水果电池,是选择新一些的电池好还是旧一些的电池好?为什么?实验中应注意什么问题?

(2)简要写出实验步骤。

主题3:实验数据处理

阅读教材中“数据处理”相关内容,回答下列问题。

(1)利用解方程组的方法求解E和r有什么优点和缺点?

(2)电池的U-I图象的截距、斜率分别表示什么物理量?

(3)画U-I图象时,纵轴可以不从零开始,如图所示。通过此图如何得出E和r?

1.图甲是学生实验用的有两个量程的电流表刻度盘,当用“-”和“0.6”两接线柱时,能测量的最大电流是A,对应刻度盘上每一小格代表A,图中指针示数为A。

图乙为学生实验用的有两个量程的电压表刻度盘,当使用较小量程时,测量电压最大值不得超过V,每小格表示V,图中指针示数为V。

2.下列给出多种用伏安法测电池电动势和内阻的数据处理方法,其中既能减小偶然误差,又直观、简便的是()。

A.测出两组I、U的数据,代入方程组E=U1+I1r和E=U2+I2r,求出E和r

B.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U-I图象,再根据图象求出E、r

D.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,再用闭合电路欧姆定律求出电池内阻r

3.图示是根据某次实验记录的数据所画出的U-I图象,下列关于这个图象的说法正确的是()。

A.纵轴截距表示电源的电动势,即E=3 V

B.横轴截距表示短路电流,即I短=0.6 A

C.根据r=,计算出待测电源内阻为5 Ω

D.根据r=||,计算出待测电源内阻为1 Ω

4.欲测定电池的电动势和内阻,除待测电池、开关和导线外,配合下列仪器,可以达到实验目的的是()。

A.一只电压表和一个电阻箱

B.一只电流表、一只电压表和一个滑动变阻器

C.一只电流表和一个电阻箱

D.一只电流表和一个滑动变阻器

拓展一、实验数据的处理

1.用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r,所用电路如图甲所示,一位同学测得的6

(1)试根据这些数据在图乙中画出U-I图线。

甲乙

(2)根据图线求出电池的电动势E= V,电池的内阻r= Ω。

(3)若不画出图线,只选用其中两组U和I的数据,用公式E=U+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,求得的E和r 误差最大。

拓展二、对实验原理的理解及实验设计

2.在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中,备有下列器材:

A.待测干电池(电动势约为1.5 V,内阻小于1.0 Ω)

B.电流表(满偏电流I g=3 mA,内阻R g=10 Ω)

C.电流表(0~0.6 A,内阻0.1 Ω)

D.滑动变阻器R1(0~20 Ω,10 A)

E.滑动变阻器R2(0~200 Ω,1 A)

F.定值电阻R0(990 Ω)

G.开关和导线若干

(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表,但给出了两个电流表,于是他设计了图甲中的a、b两个参考实验电路。其中合理的是图所示的电路;在该电路中,为了操作方便且能较准确地进行测量,滑动变阻器应选(填写器材的字母代号)。

(2)图乙为该同学根据(1)中选出的合理实验电路,利用测出的数据绘出的I1-I2图线(I1为电流表的示数,I2为电流表的示数),则由图线可得被测电池的电动势E= V,内阻r= Ω。

答案

课时2.9实验:测定电池的电动势和内阻

知识体系梳理

①U+Ir②电压③电流④IR+Ir⑤电流⑥U+

⑦电压⑧正⑨负⑩电流内阻内阻迅速两U+Ir 较大

电动势短路

重点难点探究

主题1:(1)①由E=U+Ir知,只要知道两组U、I的值(U1、I1)、(U2、I2)就可以通过解方程组,求出E、r的值。

②由E=U+r知,只要知道两组U、R的值(U1、R1)、(U2、R2)就能求解E、r。

③由E=IR+Ir知,只要知道两组I、R的值(I1、R1)、(I2、R2)就能求解E、r。

(2)方案一:用电压表、电流表、可变电阻(如滑动变阻器)测量。如图甲所示,原理公

式:E=U+Ir。

方案二:用电流表、电阻箱测量。如图乙所示,原理公式:E=IR+Ir。

方案三:用电压表、电阻箱测量。如图丙所示,原理公式:E=U+r。

主题2:(1)水果电池的内阻较大,容易测量。因为旧电池内阻较大,所以实验中选择旧一些

的电池好。电池在使用过程中,内阻、电动势都会发生变化,实验时测量尽量迅速点,使得在内阻发生较大变化之前结束测量。

(2)实验步骤:

①按原理图连接电路;

②把滑动变阻器的滑动片移到一端,使接入电路部分的电阻最大;

③闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,记录一组电流表和电压表的示数;

④用同样的方法,测量几组U、I数值并记录下来;

⑤断开开关,整理好器材;

⑥根据测量的数据求得E、r。

主题3:(1)利用解方程组的方法求解E和r的优点是简单,缺点则是有可能产生较大的误差。

(2)图线的纵坐标表示路端电压,它反映的是:当电流I增大时,路端电压U将随之减小,U与

I呈线性关系:U=E-Ir。纵轴截距意味着断路情况,它的数值就是电源电动势E,横轴截距(路端电压U=0)意味着短路情况,它的数值就是短路电流,图象斜率绝对值是电池的内阻r。也

就是说只要画出U-I图象,就可求得电动势和内阻。

(3)此图线与纵轴的交点仍为电池的电动势,但图线与横轴的交点不再是短路电流。图线的

斜率仍等于电池的内阻,求内阻时可由直线上取较远的两点,用r=||求出。

基础智能检测

1.0.60.020.343.00.1

2.20

2.C

3.AD

4.ABC

全新视角拓展

1.(1)如图所示(2)1.460.72(3)3 4

【解析】(1)本题考查用作图法处理实验数据。作图线时应使尽可能多的点落在直线上,个

别偏离太大的点应舍去,图线如图所示。

(2)由图线与纵轴的交点可得电动势E=1.46 V,再读出图线与横轴交点的坐标(0.64,1.00),

由E=U+Ir得r==Ω=0.72 Ω。

(3)由图线可以看出第四组数据点偏离直线最远,应舍去,若选用第3组和第4组数据求E和r,相当于过这两点作一直线求E和r。而此直线与所画的直线偏离最远,所以选用第3组和

第4组数据求得的E和r误差最大。

2.(1)b D

(2)1.48(1.47~1.49均正确)0.8(0.78~0.82均正确)

【解析】(1)电路a中电流表和定值电阻R0组成的电压表量程为0.6×990 V=594 V,而

电源电动势仅约为1.5 V,所以电路a不合理,电路b合理。电源的内阻较小,又滑动变阻器

采用限流式,所以用滑动变阻器R1改变电路较为方便。

(2)根据实验原理可知,该图象的代数式为I1=-I2(R=R0+R g),电流表的示数乘以(10+990) Ω,即为电路的路端电压,所以图线在纵轴上的截距乘以(10+990) Ω,可得电源电动势

E=1.48×10-3×1000 V=1.48 V;从图线上取两点得电池的内阻r=||Ω=0.8 Ω。