實驗十五　電池電動勢和內(nèi)阻的測量.docx

1、實驗十五 電池電動勢和內(nèi)阻的測量【必備知識自主排查】一、實驗思路與操作操作要領(lǐng)操作要領(lǐng)電路圖與思路連接電路：按實驗電路圖連接好電路.思路：根據(jù)閉合電路歐姆定律E=U+/r,改 變外電路電阻R,用電流表和電壓表測出U、 /的兩組數(shù)據(jù)，列出兩個關(guān)于E、r的方程， 從而解出E和r.測量與記錄：閉合開關(guān)，改變滑動變阻器 的阻值，讀出電壓表的讀數(shù)。和電流表的讀 數(shù)/,并填入事先繪制好的表格中.二、數(shù)據(jù)處理及分析1.計算方法(E = 1曲2-125 二彈=求平均值由 u=7< b = E圖線與縱軸交點為E；由 u=7< b = E圖線與縱軸交點為E；圖線斜率的絕對值表示內(nèi)阻，即r=|都考前須知

2、(I)電池選?。簯?yīng)選用內(nèi)阻較大的電池.(2)實驗操作：實驗中不宜將電流調(diào)得過大，電表讀數(shù)更快，每次讀完數(shù)后立即斷開開 關(guān).(3)數(shù)據(jù)要求：要測出不少于6組的(/, S數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些.(4)合理選擇標度：為使圖線分布空間大，如下圖，縱坐標可以不從零開始，那么圖線 和橫軸的交點不再是短路電流.假設(shè)電壓表為理想電表，同理可得廣金R+成+/即言="，解得£=1.25 V由此產(chǎn)生誤差|?|X1OO%=3.8%答案：(1)15.0 (3*粵普R+5伶譽 r+1) (5)1.30 1.7 (6)3.8例3解析：(1)由于兩個電壓表的量程都小于電源的電動勢，兩個電壓表串聯(lián)后的總電

3、壓仍然小于電源的電動勢，故應(yīng)該用滑動變阻器作為保護電阻.如果只是測量電動勢，可以 采用如圖甲所示的電路，但是要想計算電壓表Vi、電壓表V2各自的內(nèi)阻，需要將電路改進， 設(shè)計的電路有圖乙、圖丙所示的兩種；而通過電壓表V的最大電流約為1 mA,通過電壓表 V2的最大電流約為0.3 mA,故設(shè)計的電路應(yīng)該選擇圖乙.電源開關(guān)變阻器 電源開關(guān)丙(2)根據(jù)(1)中電路圖的連接，因為電壓表的內(nèi)阻較大，故滑動變阻器的最大阻值應(yīng)該大 于電壓表Vi的內(nèi)阻，故滑動變阻器應(yīng)該選擇(3)題圖b所示的電壓表的最小刻度為0.1 V,故估讀到0.01 V,其讀數(shù)為2.10 V.(4)對圖乙，設(shè)電壓表Vi和電壓表V2的內(nèi)阻分別

4、為門、/«2,示數(shù)分別為U、S,滑動 變阻器的電阻調(diào)到，由閉合電路的歐姆定律，得E=U + S+(普+窘)，£=式+心+ 償+卷,其中R()i=6kQ, R)2=2kC,對電壓表Vi和電壓表V2所在的電路，由串并聯(lián) 規(guī)律得匕=匕+署，3=絲+獸，代入數(shù)據(jù)，聯(lián)立解得E=5.60V,n=2.5kC, r2=10kQ.口 r2 Roi 口 r2 R02答案：(1)見解析圖乙所示(2)凡(3)2.10 (4)5.60 2.5 103 .解析：(1)。、勿間的電壓不為零，說明。、。'或反力間有一處導(dǎo)線斷開，假設(shè)。、。'間 電壓不為零，說明d導(dǎo)線斷開；假設(shè)、。'

5、間電壓為零，那么一定是導(dǎo)線斷開.(2)在給出的圖像中取兩個點，讀數(shù)分別為/1=0.12 mA、，2=60 mA八=0.07 mA、r2=200 mA.據(jù)閉合電路歐姆定律知：E=(/i + /2)(Ro+r) + /iS + Ri),將上述兩組數(shù)據(jù)代入可得：電動勢1.4 V,內(nèi)阻個0.57 Q.答案：（I）m' bbr （2）1.40（ 1.361.44 均可）0.57（0.400.60 均可）4 .解析：（2）為了保護電流表，閉合開關(guān)前應(yīng)使電路中的電阻最大，故金屬夾應(yīng)夾在電阻絲的匕端.（4）由閉合電路的歐姆定律得E=/（+Ra+Ro+例）,整理得;=：（，+Ra+Ro）+1 E（R仇結(jié)

6、合題圖（b）可得左=三，仁/+Ra+R）,解得r=第一RaRo.（5）實驗電路圖 如下圖，先將單刀雙擲開關(guān)S接1,記下電流表的示數(shù)h然后將單刀雙擲開關(guān)S接2, 移動金屬夾的位置，直到電流表的示數(shù)為/o,記下此時接入電路的電阻絲對應(yīng)的圓心角仇, 那么 wo答案：（2W（4）藍等一Ra-Ro （5）如下圖誤差分析用圖像法求E和/"時作圖不準確.（2）由于電流表或電壓表的分壓或分流存在系統(tǒng)誤差.（3）本實驗中測量結(jié)果是:Em<E（l, r«<rw.【關(guān)鍵能力分層突破】考點一教材原型實驗例1在做測量一只蓄電池（電動勢約為2.2 V,內(nèi)阻很小）的電動勢和內(nèi)阻的實驗時，備

7、有以下器材供選用：A.定值電阻（阻值為4=1 Q）B.定值電阻（阻值為R2=20C）C.直流電流表（量程00.6 A或03 A,內(nèi)阻約為0.2 C）D.直流電壓表（量程03 V或015 V,內(nèi)阻約為5kQE,滑動變阻器（阻值范圍。10 C）F.滑動變阻器（阻值范圍（）1 00（） Q）G.開關(guān)H.導(dǎo)線假設(shè)干實驗電路如圖甲所示，為防止電源短路，用作保護電阻的定值電阻應(yīng)選用（選 填“A”或"B”）；滑動變阻器應(yīng)選用（選填"E”或"F”）.（2）某同學(xué)將選定的器材完成了實驗電路的連接，閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑片P, 電壓表示數(shù)約為2.2 V不變，電流表的示數(shù)始終為零

8、,那么電路故障可能是下述中的.A. b、c間斷路B. 4、P間某點電阻絲斷路C.。與電阻絲未接通D.保護電阻斷路（3）某小組按正確的操作步驟完成實驗，根據(jù)實驗記錄，將測量數(shù)據(jù)描點如圖乙，請在 圖乙中作出相應(yīng)圖像.那么待測蓄電池的電動勢E為 V,內(nèi)阻-為 C.（結(jié)果均保存兩位有效數(shù)字）思維方法電學(xué)實驗儀器的選擇方法選擇電學(xué)實驗器材主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等器材，一般要考慮三方面因素：(1)平安因素如流表的選擇思路一：根據(jù)電路中的最大電流來選擇.思路二：根據(jù)用電器的額定電流來選擇.電壓表的選擇思路一：根據(jù)被測電阻上的最大電壓來選擇.思路二：根據(jù)電源電動勢選擇.(2)誤差因素：選用電表量程應(yīng)

9、考慮盡可能減小測量值的相對誤差，電壓表、電流表在 使用時，其指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿偏刻度的！以上.(3)便于操作：選用滑動變阻器時應(yīng)考慮對外供包電壓的變化范圍既能滿足實臉要求， 又便于調(diào)節(jié).在調(diào)節(jié)滑動變阻器時，應(yīng)使其大局部電阻線都被用到.【跟進訓(xùn)練】1 .某同學(xué)用伏安法測一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，現(xiàn)備有以下器材：A.被測干電池一節(jié)B.電流表1：量程。0.6 A,內(nèi)阻r=0.3 CC.電流表2：量程00.6 A,內(nèi)阻約為().1 CD.電壓表1：量程03V,內(nèi)阻未知E.電壓表2：量程。15 V,內(nèi)阻未知F.滑動變阻器1： 010Q, 2AG.滑動變阻器2：。100C, 1AH.開關(guān)、導(dǎo)線假設(shè)干伏安法測電

10、池電動勢和內(nèi)阻的實驗中，由于電流表和電壓表內(nèi)阻的影響，測量結(jié)果存在 系統(tǒng)誤差；在現(xiàn)有器材的條件下，要盡可能準確地測顯電池的電動勢和內(nèi)阻.(1)在上述器材中請選擇適當?shù)钠鞑?填寫器材前的字母)：電流表選擇,電壓表 選擇，滑動變阻器選擇.實驗電路圖應(yīng)選擇圖中的(填“甲”或“乙”).(3)根據(jù)實驗中電流表和電壓表的示數(shù)得到了如圖丙所示的U-/圖像，那么在修正了實驗 系統(tǒng)誤差后，干電池的電動勢月=V,內(nèi)電阻r=Q.2 .在“測定電池的電動勢和內(nèi)電阻”實驗中.(1)某同學(xué)用多用電表粗測一節(jié)干電池的電動勢，選擇開關(guān)應(yīng)置于合適位置，以下符合 要求的是.(2)該同學(xué)根據(jù)圖甲中的電路圖將實驗儀器連接成如圖乙所示

11、的實驗電路，、b、c、d 四條導(dǎo)線中，其中有一條導(dǎo)線連接錯誤，該導(dǎo)線是.(3)該同學(xué)利用正確的電路測得多組電流、電壓值，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到如圖丙所示的U-/圖線，由此可知該電池的電動勢E= 字)-/圖線，由此可知該電池的電動勢E= 字)Q.(均保存三位有效數(shù)V,內(nèi)阻r=考點二拓展創(chuàng)新型實驗角度I實驗方法方案的拓展(“電表+電阻箱”法)實驗思路實驗原理E=/i(/?i + r) E=Zz(&+r)E=S+%R2E=S+2 R1例2 2021 全國乙卷，23一實驗小組利用圖(a)所示的電路測鼠一電池的電動勢E(約1.5 V)和內(nèi)阻r(小于2C).圖中電壓表量程為IV,內(nèi)阻Rv=380.0

12、C；定值電阻Ro=2O.O C； 電阻箱R，最大阻值為999.9 Q； S為開關(guān).按電路圖連接電路.完成以下填空：(1)為保護電壓表，閉合開關(guān)前，電阻箱接入電路的電阻值可以選 C(填“5.0”或“15.0”)；(2)閉合開關(guān)，屢次調(diào)節(jié)電阻箱，記錄下阻值R和電壓表的相應(yīng)讀數(shù)U；根據(jù)圖(a)所示電路，用/?、Ro、Rv、E和/"表示七，得戶：(4)利用測晟數(shù)據(jù)，作卜R圖線，如圖(b)所示；(5)通過圖(b)可得E=V(保存2位小數(shù))，=Q(保用1位小數(shù))；(6)假設(shè)將圖(a)中的電壓表當成理想電表，得到的電源電動勢為E,由此產(chǎn)生的誤差為 |尋 X 100%=%.角度2器材的靈活選用及電路

13、設(shè)計例3現(xiàn)要測量電壓表的內(nèi)阻和電源的電動勢，提供的器材有：電源（電動勢約為6 V, 內(nèi)阻不計），電壓表V（量程02.5 V,內(nèi)阻約為2.5 kC）,電壓表Vz（量程03 V,內(nèi)阻約 為10 kQ）,電阻箱Ro（最大阻值為9 999.9 Q）,滑動變阻器R（最大阻值為3 kC）,滑動變阻 器&（最大阻值為500 C）,單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線假設(shè)干.（I）在圖（a）中完成實驗電路原理圖的連線.電路中應(yīng)選用滑動變阻器（選填%”或“RL）.按照以下步驟進行實驗：閉合開關(guān)前，將滑動變阻器和電阻箱連入電路的阻值調(diào)至最大;閉合開關(guān)，將電阻箱調(diào)到6 kQ,調(diào)節(jié)滑動變阻器至適當?shù)奈恢茫藭r電壓表Vi的示

14、 數(shù)為I.60V,電壓表V2的示數(shù)為2.40 V；保持滑動變阻器連入電路的阻值不變，再將電阻箱調(diào)到2 kC,此時電壓表Vi的示數(shù) 如圖（b）所示，其示數(shù)為 V,電壓表V2的示數(shù)為1.40 V.（4）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，計算得到電源的電動勢為 V,電壓表5的內(nèi)阻為 kQ,電壓表V2的內(nèi)阻為 kQ.教你解決問題I設(shè)計思路第1步：明確實驗?zāi)康淖x題一可知此題的實驗H的是測電壓表的內(nèi)阻和電源的電動勢第2步：選擇合適的實驗原理讀題一根據(jù)題目的實驗儀器可知此題可用電壓表和電阻箱測電源的電動勢 第3步：畫原理圖【跟進訓(xùn)練】3 .某探究性學(xué)習(xí)小組利用如下圖的電路測量電池的電動勢和內(nèi)阻.其中電流表Ai 的內(nèi)阻門=1.0

15、 kQ,電阻尺=9.0 kC,為了方便讀數(shù)和作圖，給電池串聯(lián)一個Ro=3.OQ的 電阻.按圖示電路進行連接后，發(fā)現(xiàn)"'和cd三條導(dǎo)線中，混進了一條內(nèi)部斷開的導(dǎo)線.為了確定哪一條導(dǎo)線內(nèi)部是斷開的，將開關(guān)S閉合，用多用電表的電壓擋先測量。、/ 間電壓，讀數(shù)不為零，再測量、"間電壓，假設(shè)讀數(shù)不為零，那么一定是 導(dǎo)線斷開；假設(shè)讀數(shù)為零，那么一定是 導(dǎo)線斷開.（2）排除故障后，該小組順利完成實驗.通過屢次改變滑動變阻器觸頭位置，得到電流 表A|和A2的多組人、/2數(shù)據(jù),作出圖像如圖.由人-/2圖像得到電池的電動勢七=V, 內(nèi)阻r=Q.4 . 2021.湖南卷，12某實驗小組需

16、測定電池的電動勢和內(nèi)阻，器材有：一節(jié)待測電池、 一個單刀雙擲開關(guān)、一個定值電阻（阻值為島）、一個電流表（內(nèi)阻為Ra）、一根均勻電阻絲（電 阻絲總阻值大于R）,并配有可在電阻絲上移動的金屬夾）、導(dǎo)線假設(shè)干.由于缺少刻度尺，無 法測量電阻絲長度，但發(fā)現(xiàn)桌上有一個圓形時鐘表盤.某同學(xué)提出將電阻絲繞在該表盤上, 利用圓心角來表示接入電路的電阻絲長度.主要實驗步驟如下：（1）將器材如圖（a）連接；(2)開關(guān)閉合前，金屬夾應(yīng)夾在電阻絲的 端(填或*”)；(3)改變金屬夾的位置，閉合開關(guān)，記錄每次接入電路的電阻絲對應(yīng)的圓心角和電流 表示數(shù)/,得到多組數(shù)據(jù)；(4)整理數(shù)據(jù)并在坐標紙上描點繪圖，所得圖像如圖(b

17、)所示，圖線斜率為匕與縱軸截距 為d,設(shè)單位角度對應(yīng)電阻絲的阻值為小，該電池電動勢和內(nèi)阻可表示為E=，r =;(用 Ro、Ra、k、d、ro表示)(5)為進一步確定結(jié)果，還需要測量單位角度對應(yīng)電阻絲的阻值小,利用現(xiàn)有器材設(shè)計 實驗，在圖(c)方框中畫出實驗電路圖(電阻絲用滑動變阻器符號表示)；(6)利用測出的小，可得該電池的電動勢和內(nèi)阻.實驗十五電池電動勢和內(nèi)阻的測量關(guān)鍵能力分層突破例1解析：(1)蓄電池的電動勢為2.2 V,如果選用B,由于B的限值較大，電路電流太小，不利于電表讀數(shù)，故保護電阻選用A；為了調(diào)節(jié)方便，滑動變阻器應(yīng)選最大阻值較小 的E.Q)假設(shè)從c間斷路，那么電路斷路，電流表示數(shù)

18、為零，電壓表與電源兩極相連，電壓表示 數(shù)接近電源電動勢，A正確；假設(shè)、P間某點電阻絲斷路，那么電路為通路，電流表示數(shù)不是 始終為零，B錯誤；假設(shè)P與電阻絲未接通，那么電流表示數(shù)為零，電壓表與電源兩極相連，電 壓表示數(shù)接近電源電動勢，C正確；假設(shè)保護電阻斷路，那么電路斷路，電流表示數(shù)為零，電壓 表示數(shù)也為零，D錯誤.(3)連線時讓盡可能多的點在同一條直線上，不在直線上的點對稱 分布在直線兩側(cè)，太遠的點舍去，如下圖.由閉合電路歐姆定律得£=+/(&+,)，解得 U=E-I(R + r),由圖知，蓄電池的電動勢為E=2.2 V,4+ r=|絆|=型=C= 1.50 Q, rI All 0.8=1.50 Q-/?i =0.50 C.答案：(1)A E (2)A、C