预习17 实验：电池电动势和内阻的测量-2022年新高二物理暑假预习（人教版2019必修第三册）

预习17 实验：电池电动势和内阻的测量 基础知识 一、测定电池电动势和内阻的实验方案设计 1．伏安法：由E＝U＋Ir知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表，电路图如图所示． 2.伏阻法：由E＝U＋r知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图所示． 3.安阻法：由E＝IR＋Ir可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图3所示． 二、实验操作与数据分析 1．实验步骤(以伏安法为例) (1)电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3 V量程，按实验原理图连接好电路． (2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路中的阻值最大． (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，用公式法或图像法求出电池的电动势和内阻． 2．数据分析 (1)公式法 依次记录的多组数据(一般6组)如表所示： 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组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值作为测量结果． E＝，r＝. (2)图像法 ①根据多次测出的U、I值，作U－I图像； ②将图线两侧延长，纵轴截距的数值就是电池电动势E； ③横轴截距(路端电压U＝0)的数值就是短路电流； ④图线斜率的绝对值等于电池的内阻r，即r＝＝，如图所示． 三、注意事项与误差分析 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，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化． 3.当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始． 如图所示，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． 4．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U－I图像时描点不准确． (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小一些．U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U－I坐标系中表示出来，如图所示，可见E测＜E真，r测＜r真． 例题分析 例题1：用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻的实验中，所用电流表和电压表的内电阻分别约为和，如图甲所示为所需的器材。 （1）请你把它们连成实验电路，注意两个电表要选用适当量程，并要求变阻器的滑动片在左端时其电阻值最大___________。 （2）一位同学记录的组数据见下表，试根据这些数据在图乙中画出U－I图线________，根据图线求出电池的电动势E＝___________V，内阻r＝___________。 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 1.37 1.32 1.24 1.18 1.19 1.05 例题2：某实验小组为测定一个电源的电动势和内阻（电动势约4.5V，内阻约5Ω），他们找来了如下实验器材： A．电流表，量程为0~0.6A，内阻约2Ω；B．电流表，量程为0~3A，内阻约0.2Ω；C．电压表，量程为0~6V，内阻约30kΩ；D．电压表，量程为0~15V，内阻约30kΩ；E.滑动变阻器0~20Ω，额定电流为2A；F.待测电源，适量开关，导线若干。 请回答下列问题： （1）实验中，电流表应选______，电压表应选______（均填仪器前边的字母代号）； （2）为了使电源电动势及内阻的测量尽量准确，请你在图1中帮助实验小组设计实验电路图；( ) （3）实验小组根据实验电路图连接电路并进行实验，并收集了下表中的数据。 1 2 3 4 5 6 U/V 3.3 3.0 2.7 2.4 2.1 1.8 I/A 0.18 0.24 0.30 0.44 0.40 0.46 请你以I为横坐标，U为纵坐标，在图2的坐标纸上画出U－I图像( )，由图像可求得该电源的电动势______V，内阻______Ω（均保留2位有效数字）； （4）小组同学经评估认为，电源电动势和内阻的测量值均有误差，若仅从系统误差考虑，你认为电动势E的测量