第二章 第10節(jié) 實驗：測定電池的電動勢和內(nèi)阻

1、典典題案例題案例導析導析第第二二章章恒恒定定電電流流實驗理論指導實驗理論指導題型一題型一題型二題型二第第1010節(jié)節(jié)實驗：實驗：測定電測定電池的電池的電動勢和動勢和內(nèi)阻內(nèi)阻題型三題型三知能演練提升知能演練提升一、實驗目的一、實驗目的(1)進一步熟練電壓表、電流表、滑動變阻器的使用。進一步熟練電壓表、電流表、滑動變阻器的使用。(2)學會用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻。學會用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻。(3)學會利用圖像處理實驗數(shù)據(jù)。學會利用圖像處理實驗數(shù)據(jù)。圖圖2101 二、實驗原理二、實驗原理 實驗電路如圖實驗電路如圖2101所示，根所示，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，改變據(jù)閉合電路的歐姆定律，改變R

2、的阻的阻值，測出兩組值，測出兩組U、I的值，即可得到兩的值，即可得到兩個歐姆定律方程：個歐姆定律方程： 三、實驗器材三、實驗器材 被測電池被測電池(干電池干電池)、電流表、電壓表、滑動變阻器、電流表、電壓表、滑動變阻器、電鍵和導線等。電鍵和導線等。 四、實驗步驟四、實驗步驟 (1)確定電流表、電壓表的量程，按圖確定電流表、電壓表的量程，按圖2101所示所示電路把器材連接好，如圖電路把器材連接好，如圖2102所示。所示。圖圖2102 (2)把變阻器的滑動片移到一端使阻值最大。把變阻器的滑動片移到一端使阻值最大。 (3)閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯

3、示數(shù)，記錄一組電流表和電壓表的示數(shù)，用同樣的方法測量并記錄一組電流表和電壓表的示數(shù)，用同樣的方法測量并記錄幾組記錄幾組I和和U的值。的值。 (4)斷開電鍵，整理好器材。斷開電鍵，整理好器材。 五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理 1公式法公式法 把測量的幾組數(shù)據(jù)分別代入把測量的幾組數(shù)據(jù)分別代入EUIr中，然后兩個中，然后兩個方程為一組，解方程求出幾組方程為一組，解方程求出幾組E、r的值，最后對的值，最后對E、r分分別求平均值作為測量結(jié)果。別求平均值作為測量結(jié)果。 2圖像法圖像法 (1)以以I為橫坐標，為橫坐標，U為縱坐標建立為縱坐標建立直角坐標系，根據(jù)幾組直角坐標系，根據(jù)幾組I、U的測量數(shù)的測量數(shù)據(jù)在坐標

4、系中描點；據(jù)在坐標系中描點； (2)用直尺畫一條直線，使盡量多的用直尺畫一條直線，使盡量多的點落在這條直線上，不在直線上的點，能大致均衡地分布點落在這條直線上，不在直線上的點，能大致均衡地分布在直線兩側(cè)；在直線兩側(cè)；圖圖2103 六、注意事項六、注意事項 (1)如果使用的是水果電池，它的內(nèi)阻雖然比較大，但如果使用的是水果電池，它的內(nèi)阻雖然比較大，但不夠穩(wěn)定，測量前要做好充分的準備，測量盡量迅速。不夠穩(wěn)定，測量前要做好充分的準備，測量盡量迅速。 (2)如果使用干電池，則選擇內(nèi)阻大些的、已使用過的如果使用干電池，則選擇內(nèi)阻大些的、已使用過的電池。電池。 (3)實驗中不要將實驗中不要將I調(diào)得過大，每

5、次讀完調(diào)得過大，每次讀完U、I讀數(shù)立即讀數(shù)立即斷電。斷電。 (4)在量程合適的前提下，選擇內(nèi)阻大一些的電壓表。在量程合適的前提下，選擇內(nèi)阻大一些的電壓表。 七、誤差分析七、誤差分析 1偶然誤差偶然誤差 有讀數(shù)視差和用圖像法求有讀數(shù)視差和用圖像法求E和和r時，由于作圖不準確造時，由于作圖不準確造成的偶然誤差。成的偶然誤差。 2系統(tǒng)誤差分析系統(tǒng)誤差分析 (1)采用如圖采用如圖2104甲所示電路甲所示電路 在理論上在理論上EU(IVIA)r，其中電壓表示數(shù)，其中電壓表示數(shù)U是準確是準確的電源兩端電壓。實驗中忽略了通過電壓表的電流的電源兩端電壓。實驗中忽略了通過電壓表的電流IV，從，從而形成誤差而形成

6、誤差(如圖乙中帶箭頭線段如圖乙中帶箭頭線段)，而且電壓表示數(shù)越大，而且電壓表示數(shù)越大，IV越大。越大。圖圖2104 (2)如果采用如圖如果采用如圖2105甲所示接法，則甲所示接法，則IA為電源為電源電流真實值，理論上有電流真實值，理論上有EUUAIAr，其中的，其中的UA不可不可知，從而造成誤差知，從而造成誤差(如圖如圖2105乙中帶箭頭線段乙中帶箭頭線段UA)，而，而且電流表示數(shù)越大，且電流表示數(shù)越大，UA越大，當電流表示數(shù)為零時，越大，當電流表示數(shù)為零時，UA0，電壓表示數(shù)值為準確值，等于，電壓表示數(shù)值為準確值，等于E。圖圖2105八、它案設(shè)計八、它案設(shè)計 例例1給你一個電阻箱、開關(guān)及導線

7、等，如何根據(jù)給你一個電阻箱、開關(guān)及導線等，如何根據(jù)閉合電路的歐姆定律測出一節(jié)舊干電池的電動勢和內(nèi)阻。閉合電路的歐姆定律測出一節(jié)舊干電池的電動勢和內(nèi)阻。 (1)畫出電路圖。畫出電路圖。 (2)實驗過程中，將電阻箱撥到實驗過程中，將電阻箱撥到4.5 時，電壓表讀數(shù)時，電壓表讀數(shù)為為0.90 V；若將電阻箱撥到如圖；若將電阻箱撥到如圖2106甲所示的甲所示的_ 時，電壓表的讀數(shù)如圖乙所示是時，電壓表的讀數(shù)如圖乙所示是_ V。 (3)根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)，可以算出該節(jié)干電池的電動根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)，可以算出該節(jié)干電池的電動勢勢E_ V。圖圖2106 因此如果給出電壓表、電阻箱、開關(guān)因此如果給出電壓表、電阻箱

8、、開關(guān)和導線，也能測出一個電池的電動勢和內(nèi)和導線，也能測出一個電池的電動勢和內(nèi)阻，其實驗電路圖如圖所示。阻，其實驗電路圖如圖所示。 (2)電阻箱的使用電阻的大小是把面板上指示的所有電阻箱的使用電阻的大小是把面板上指示的所有電阻相加，所以如圖電阻相加，所以如圖2106甲中電阻箱的電阻值是甲中電阻箱的電阻值是110 ；本實驗是測一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，所以如圖；本實驗是測一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，所以如圖2106乙中電壓表所用量程應是乙中電壓表所用量程應是03 V，所以指示的電，所以指示的電壓應該是壓應該是1.1 V。答案答案(1)見解析圖見解析圖(2)1101.1(3)1.11 例例2在用伏安

9、法測電池電動勢和內(nèi)阻的實驗中，在用伏安法測電池電動勢和內(nèi)阻的實驗中，一位同學記錄了一位同學記錄了6組數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)(如下表如下表)。次數(shù)次數(shù)物理量物理量123456電流電流I(A)0.120.200.310.320.440.57電壓電壓U(V)1.371.321.241.181.131.05 (1)根據(jù)數(shù)據(jù)選定下列供選用儀器，并按本實驗要求：根據(jù)數(shù)據(jù)選定下列供選用儀器，并按本實驗要求： 電流表量程選電流表量程選_A，電壓表量程選，電壓表量程選_V，滑動變阻器選滑動變阻器選_。 干電池干電池(E1.5 V)； 直流電流表直流電流表(00.60 A擋，內(nèi)阻擋，內(nèi)阻0.1 )，(03.00 A擋，內(nèi)阻為

10、擋，內(nèi)阻為0.02 )； 直流電壓表直流電壓表(03.00 V擋，內(nèi)阻擋，內(nèi)阻5 k)，(015.0 V擋，擋，內(nèi)阻為內(nèi)阻為25 k)； 滑動變阻器滑動變阻器(010 ，允許最大電流為，允許最大電流為1.00 A)； 滑動變阻器滑動變阻器(01 000 ，允許最大電流為，允許最大電流為0.60 A)； 開關(guān)一個、導線若干。開關(guān)一個、導線若干。 在圖在圖2107甲實物圖中按所選規(guī)格連線。甲實物圖中按所選規(guī)格連線。圖圖2107 (2)根據(jù)記錄數(shù)據(jù)在圖乙所示的坐標紙上作根據(jù)記錄數(shù)據(jù)在圖乙所示的坐標紙上作UI圖線，圖線，并根據(jù)圖線求出并根據(jù)圖線求出E_，r_。 解析解析(1)根據(jù)記錄數(shù)據(jù)和電流、電壓有

11、效數(shù)字位根據(jù)記錄數(shù)據(jù)和電流、電壓有效數(shù)字位數(shù)，電流表選數(shù)，電流表選0.60 A量程，電壓表選量程，電壓表選3.00 V量程，變阻器量程，變阻器選擇選擇010 ，實物連線如圖所示。，實物連線如圖所示。(2)由表上數(shù)據(jù)描點作由表上數(shù)據(jù)描點作U-I圖線如圖所示。圖線如圖所示。答案答案(1)0.603.00010實物連接見解析實物連接見解析(2)1.45 V0.70 例例3(2011全國卷全國卷)使用多用電表測量電阻時，多用使用多用電表測量電阻時，多用電表內(nèi)部的電路可以等效為一個直流電源電表內(nèi)部的電路可以等效為一個直流電源(一般為電池一般為電池)、一、一個電阻和一表頭相串聯(lián)，兩個表筆分別位于此串聯(lián)電路

12、的個電阻和一表頭相串聯(lián)，兩個表筆分別位于此串聯(lián)電路的兩端?，F(xiàn)需要測量多用電表內(nèi)電池的電動勢，給定的器材兩端?，F(xiàn)需要測量多用電表內(nèi)電池的電動勢，給定的器材有：待測多用電表，量程為有：待測多用電表，量程為60 mA的電流表，電阻箱，導的電流表，電阻箱，導線若干。實驗時，將多用電表調(diào)至線若干。實驗時，將多用電表調(diào)至1 擋，調(diào)好零點；電擋，調(diào)好零點；電阻箱置于適當數(shù)值。完成下列填空：阻箱置于適當數(shù)值。完成下列填空： (1)儀器連線如圖儀器連線如圖2108所示所示(a和和b是多用電表的兩是多用電表的兩個表筆個表筆)。若兩電表均正常工作，則表筆。若兩電表均正常工作，則表筆a為為_(填填“紅紅”或或“黑黑”

13、)色；色；圖圖2108 (2)若適當調(diào)節(jié)電阻箱后，圖若適當調(diào)節(jié)電阻箱后，圖2108中多用電表、中多用電表、電流表與電阻箱的示數(shù)分別如圖電流表與電阻箱的示數(shù)分別如圖2109(a)、(b)、(c)所所示，則多用電表的讀數(shù)為示，則多用電表的讀數(shù)為_，電流表的讀數(shù)為，電流表的讀數(shù)為_mA，電阻箱的讀數(shù)為，電阻箱的讀數(shù)為_；圖圖2109 (3)將圖將圖2108中多用電表的兩表筆短接，此時流中多用電表的兩表筆短接，此時流過多用電表的電流為過多用電表的電流為_mA；(保留保留3位有效數(shù)字位有效數(shù)字) (4)計算得到多用電表內(nèi)電池的電動勢為計算得到多用電表內(nèi)電池的電動勢為_V。(保留保留3位有效數(shù)字位有效數(shù)字) 解析解析(1)多用電表、電流表都是電流從紅表筆進入，多用電表、電流表都是電流從紅表筆進入，從黑表筆流出，結(jié)合電流表的正、負極，可知從黑表筆流出，結(jié)合電流表的正、負極，可知a為黑色。為黑色。 (2)結(jié)合刻度盤的特點，可讀電阻為結(jié)合刻度盤的