浙江省杭州育华学校2023届高考物理一轮复习讲义：实验九 测定电池的电动势和内阻

实验九: 测定电池的电动势和内阻 一、实验目的 测定电池的电动势和内电阻。 二、实验原理 如图1所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路的欧姆定律求出几组E、r值，最后分别算出它们的平均值。此外，还可以用作图法来处理数据。即在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标,用测出的几组I、U值画出U-I图象(如图2)所得直线跟纵轴的交点即为电动势E值,图线斜率的绝对值即为内电阻r的值。 三、实验器材 待测电池，电压表(0-3V),电流表（0-0.6A），滑动变阻器（10Ω），电键，导线。 四、实验步骤 1．电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按电路图连接好电路。 2.把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。 3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据（I1、U1），用同样方法测量几组I、U的值。 4.打开电键，整理好器材。 5．处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。 五、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，可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，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0.3A，短时间放电不宜超过0.5A。因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。 3．要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组，第2和第5为一组，第3和第6为一组，分别解出E、r值再平均。 4．画U-I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧。个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分的抵消，从而提高精确度。 5．干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多，这时，在画U-I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从零开始）。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流。不过直线斜率的绝对值照样还是电源的内阻，这时要特别注意计算斜率时纵轴的刻度不从零开始。 六、利用图像测电池电动势和内阻的三种方法比较 1．利用电流表和电压表来测量 电路图：有两种连接方式，如图1所示电流表内接法和如图2所示的电流表外接法。 原理：闭合电路欧姆定律，改变外电阻R，就能测得U、I的数据，利用两组数据代入公式可求得E、r的数值，但误差较大，通常利用多组数据作出图象来求解。将前面公式变形得，作出U—I图为一条直线，利用斜率和截距进行求解。 误差：利用如图1所示的电路测量时，由于电压表分流作用，导致E测＜E真，r测＜r真；利用如图2所示的电路测量时，由于电流表的分压作用，导致E测=E真，r测＞r真。 2．利用一只电流表和电阻箱来测量 电路图：如图所示： 原理：由闭合电路欧姆定律。改变电阻箱的阻值R就能得到R、I数据，利用两组数据就能求得E、r，但误差较大，通常利用多组数据作出图象来求解。将前面公式变形得，或作出或图为一条直线，利用斜率和截距进行求解。 误差：由于电流表有内阻，导致实验存在误差：E测=E真，r测＞r真 3．利用一只电压表和电阻箱来测量 电路图：如图所示。 原理：由闭合电路欧姆定律改变电阻箱的阻值R就能得到R、U数据，利用两组数据就能求得E、r。但误差较大，通常利用多组数据作出图象来求解。将前面公式变形得，作出图为一条直线，利用斜率和截距进行求解。 误差：由于电压表有内阻，导致实验存在误差：E测＜E真，r测＜r真 ( 例1 ． （ ★★★ ） 用如图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻 R 0 起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有： a．电流表（量程0．6A．3A）； b．电压表（量程3V、15V） c．定值电阻（阻值1 Ω 、额定功率5W） d．定值电阻（阻值10 Ω ，额定功率10W） e．滑动变阻器（阻值范围0～10 Ω 、额定电流2A） f．滑动变阻器（阻值范围0～100 Ω 、额定电流1A） 那么 （1）要正确完成实验，电压表的量程应选择 V，电流表的量程应选择 A； R 0 应选择 Ω 的定值电阻， R 应选择阻值范围是 Ω 的滑动变阻器。 （2）引起该实验系统误差的主要原因是 ) 【考点】伏安法测电池电动势和内阻 【解析】（1）由于电源是一节干电池（1.5V），所选量程为3V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几Ω左右，加上保护电阻，最大电流在0．5A左右，所以选量程为0．6A的电流表；由于电池内阻很小，所以保护