2012新课标同步导学物理[沪科版]课件：选修3-1第4章 4．2　测量电池的电动势和内阻

(共40张PPT)
4.2　测量电池的电动势和内阻
电源的电动势E和内阻r是电源的两个重要参数．
干电池用一段时间后，接入电路后小灯泡会变暗，是它的电动势变化了呢？还是内电阻发生了变化？我们可以通过什么办法将它们测出来呢？
1．实验目的
用闭合电路欧姆定律测出电池的电动势和内阻．
2．实验原理
改变外电路的阻值R，测出多组I、U的数据，根据闭合电路欧姆定律列出方程组
也可以用作图法处理实验数据，以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的多组I、U数据描点，画出一条直线使直线两侧点的数目大致相等，这条直线与纵轴的交点就是所测电池的电动势，直线与横轴的交点为短路电流，而电池的内阻为r＝E/I短．
3．实验器材
电流表一个，电压表一个，待测电池(或电池组)，滑动变阻器一个，电键一个，导线若干．
4．实验步骤
(1)按如右图所示连接电路．
(2)闭合电键S，调整滑动变阻器R，记录电流表和电压表的读数．
(3)断开电键S，根据记录的电流、电压读数在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标描点，根据所描点作出直线并计算电池的电动势和内阻．
5．注意事项
(1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的1号干电池)．
(2)干电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A.
(3)在画U－I图线时，要尽量使多数点落在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧．
(4)干电池内阻较小时U的变化较小，坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况．下部大面积空间得不到利用．为此可使纵坐标不从零开始，如图乙所示．把坐标的比例放大，可使结果的误差减小些．此时图线与横轴交点不表示短路电流．
6．实验拓展
(1)其他测电源电动势和内阻的方法
②一个电压表和两个定值电阻(或一个变阻箱)电路图如下图所示．
③一个电压表，一个定值电阻．
(2)误差来源
①每次读完电表示数没有立即断电，造成E、r变化．
②测量电路存在系统误差，I真＝I测＋IV，未考虑电压表的分流．
③用图象法求E、r时，作图不准确造成的偶然误差．
若电表按下图所示连接，则
E测＝E，r测＝r＋RA>r即偏大．
(3)伏安法测定E、r(A外接)误差的图象分析
若不考虑电压表分流，应满足方程E′＝U＋Ir′；
若考虑电压表的分流，应满足方程E＝U＋(I＋IV)r.
当外电路短路时，电压表中无电流，上述两种情况下短路电流相等．
由于电压表的分流IV使安培表读数小于电池输出电流I＋IV，而IV＝U/RV，随着U的增大，IV增大．
根据上述分析，在右图所示的坐标中作出实测图线A′B和修正后的图线AB，由图线可知：
①E′＜E，即电动势的测量值小于真实值．
②A′B斜率的绝对值小于AB斜率的绝对值，即r′＜r.
当RV→∞，r≈r′，E≈E′，因此应尽量选用内阻大的伏特表做实验．
在“用伏安法测电池电动势和内阻”的实验中，一位同学记录了6组数据(如下表)
　次数
物理量　　 1 2 3 4 5 6
电流I/A 0.14 0.20 0.31 0.32 0.44 0.57
电压U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.13 1.05
(1)根据数据选定下列供选用仪器，并按本实验要求：
电流表量程选________A，电压表量程选________V．滑动变阻器选________Ω.
①干电池(E＝1.5 V)；
②直流电流表(0～0.6 A挡，内阻0.1 Ω)，(0～3.00 A 挡，内阻为0.02 Ω)；
③直流电压表(0～3.00 V挡，内阻5 kΩ)，(0～15.0 V挡，内阻为25 kΩ)；
④滑动变阻器(0～10 Ω，允许最大电流为1.00 A)；
⑤滑动变阻器(0～1 000 Ω，允许最大电流为0.60 A)；
⑥开关一个，导线若干．
在实物图甲中按所选器材规格连线．
(2)根据记录数据在图乙所示的坐标纸上作U－I图线，并根据图线求出E＝________，r＝________.
【解析】　(1)根据记录数据和电流、电压有效数字位数，电流表选0.60 A量程，电压表选3.00 V量程，变阻器选择 0～10 Ω.实物连线如下图所示．
(2)由表中数据描点画出U－I图线如下图所示．
由图象知，第2、4、6组数据均偏离在直线两侧，第1、3、5组数据测得较准，第2、4、6组数据在图线之外，对由图线求电动势和内阻没有产生误差影响，因此用图象法求电池的电动势要优于用计算法求电池的电动势和内阻，因为用图象时，各组数据均参与运算．
【答案】　见解析
U轴刻度不从“0”开始，是为了较大限度地利用坐标纸的空间，从而使数据的处理更精确．
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．干电池(电动势约为1.5 V，内阻小于1.5 Ω)
B．电流表G(满偏电流2 mA，内阻10 Ω)
C．电流表A(0～0.6 A，内阻约0.1 Ω)
D．滑动变阻器R1(0～20 Ω，10 A)
E．滑动变阻器R2(0～100 Ω，1 A)
F．定值电阻R3＝990 Ω
G．开关、导线若干
(1)为方便且能较准确地进行测量，应选用滑动变阻器______(填写序号)．
(2)请在下面所给方框内画出利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验电路原理图．
(3)某同学根据他设计的实验测出了六组I1(电流表G的示数)和I2(电流表A的示数)，请在下图中作出I1和I2的关系图线.
(4)根据图线可得，被测电池的电动势为________V，内阻为________Ω.
序号 1 2 3 4 5 6
I1/mA 1.40 1.36 1.35 1.28 1.20 1.70
I2/A 0.10 0.15 0.23 0.25 0.35 0.50
【解析】　(1)由于电池内阻仅为1.5 Ω，欲使路端电压有明显变化外电阻越接近1.5 Ω越好，故滑动变阻选D.
(2)先把电流表G与定值电阻串联充当电压表测量路端电压．由于电池内阻较小，电流表的分压作用对测量误差影响较大．所以电路如图所示．
【答案】　(1)D　(2)见解析　(3)见解析
1．测量电源的电动势和内电阻的实验电路图： 和滑动变阻器串联后与 并联．
2．测量误差：E、r测量值均 真实值．
3．电流表一般选 挡，电压表一般选 挡．
电流表
电压表
小于
0～0.6_A
0～3_V
4．在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中(右图)：
(1)移动滑动变阻器的滑片应特别注意防止
(2)右图是根据实验数据画出的U－I图象．由此可知这个干电池的电动势E＝ V，内电阻r＝ Ω.
电表过载而把滑动片P放在b处．
1.5
1.0
1．(考查点：电压表、电流表的读数)下图甲是学生实验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，图中表针示数为________ A，当使用电流表的“＋”和“－3”两个接线柱时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________ A.
图乙为学生实验用的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________V；若使用的是较大量程，则表盘刻度每小格表示________ V，图中指针示数________ V.
【答案】　0.6　0.02　0.34　0.1　1.70　3.0　0.1　2.20　0.5　11.0
2．(考查点：实验数据的处理)下列给出多种用伏安法测电池的电动势和内电阻的数据处理方法，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电阻r
【解析】　A中只测量两组数据求出E、r，偶然误差较大；B中计算E、r平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D中分别求出I、U的平均值再求解的方法是错误的．
【答案】　C
3．(考查点：实验的图象处理法)图所示是根据某次实验记录数据画出的U－I图象，下列关于这个图象的说法正确的是(　　)
【答案】　AD
4．(考查点：实验设计)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
【答案】　ABC
练考题、验能力、轻巧夺冠