1、3实验：电池电动势和内阻的测量实验目标：1经历实验设计过程，理解测定电源电动势和内阻的实验原理。2在理解实验原理的基础上，能完成测电源电动势和内阻的规范实验操作。3学会利用UI图像处理数据并得出电源的电动势和内阻，进一步体会利用图像进行数据处理的方法。4尝试分析电源电动势和内阻的测量误差，了解实验中减小误差的方法。一、实验原理和方法实验电路如图所示，根据闭合电路的欧姆定律，改变R的阻值，测出两组U、I的值，根据闭合电路的欧姆定律可列出两个方程：二、实验器材待测电池一节，电流表(00.6 A)、电压表(03 V)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干。三、实验步骤1选定电流表、电压表的量程，
2、按照电路图把器材连接好。2把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端(图中左端)。3闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，读出电压表示数U和电流表示数I，并填入事先绘制好的表格(如下表)。实验序号123456I/AU/V4多次改变滑片的位置，读出对应的多组数据，并一一填入表中。5断开开关，整理好器材。四、数据处理1公式法把测量的几组数据分别代入EUIr中，然后两个方程为一组，解方程求出几组E、r的值，最后对E、r分别求平均值作为测量结果。2图像法(1)以I为横坐标，U为纵坐标建立直角坐标系，根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点。(2)用直尺画一条直线，使尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的
3、点，能大致均衡地分布在直线两侧。(3)如图所示：图线与纵轴交点为E。图线与横轴交点为I短。图线的斜率大小表示r。五、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UI图像时描点不准确。2系统误差：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些。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UI坐标系中表示出来，如图所示，可见E测E真，r测”“”或“”)。引起该实验系统误差的主要原因是_。解析(1)闭合开关之前，为防止电表过载，保证电路的安全，滑动变阻器的滑片应放在电阻的阻值最大处。(2)在图线中，图线与纵轴的交点就
4、是所要测量的电动势，读数为4.4 V；电压为1.0 V时，电流约为0.57 A，内电阻可以使用公式rR0 5.96 计算，内电阻r0.96 。(3)比较电动势E测和内阻r测与真实值E真和r真之间的关系，就要从电路的结构进行分析：电路中，从电源流出的电流，分别流向电流表支路和电压表支路，故流经电流表支路的电流不是全部的电流，这时，常用的方法是把以上的电路等效成如图的电路，根据公式r计算出的结果是等效电源中的r，r是R0、r和RV三者的并联电阻，因此r要小于rR0，即内电阻的测量值小于真实值；同样的原因，r分担的电压也会偏小，导致电动势的测量值也偏小。答案(1)最大(2)4.40.96(3)电压表
5、的分流4某探究小组采用如图1所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻时，发现量程03 V的电压表出现故障不能正常使用，实验台上的其他器材还有一个量程0500 A、内阻Rg200 的灵敏电流计G和一个电阻箱R(09 999 )。图1图2(1)为了把灵敏电流计G改装成量程02 V的电压表继续实验，电阻箱R应调整至_。(2)探究小组中一个同学用灵敏电流计和电阻箱设计了如图2所示的实验电路，同样测出了干电池的电动势和内阻。多次调节电阻箱，记录灵敏电流计G的示数I和电阻箱的阻值R，电源的电动势和内阻分别用E和r表示，则和R的关系式为_。然后以为纵坐标，以R为横坐标，作出的R图线为一直线，如图3所示，测得直
6、线在纵轴上的截距b134 A1，直线的斜率k，则该电池的电动势E_V，内阻r_。图3解析(1)将灵敏电流计改装成电压表，应串联一个大电阻，根据串联电路的规律，可知R 200 3 800 。(2)根据闭合电路的欧姆定律，可知I，变形可得R。分析可知b，k，可得E1.5 V，r1.0 。答案(1)3 800(2)R1.51.05某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻(R05 )一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图1所示。图1(1)在如图2所示的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接。图2(2)请完成下列主要实验步骤：A检查并调节电压表指针指零，
7、调节电阻箱，示数如图3所示，读得电阻值是_。B将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49 V。C将开关S2_，电压表的示数是1.16 V，断开开关S1。图3(3)使用测得的数据，计算出干电池的内阻是_(计算结果保留两位有效数字)。解析(1)(2)由题图读得电阻箱阻值为R20 。将S1闭合，S2断开，电压表示数为电源电动势，E1.49 V。将S2闭合，电压表示数为电阻箱R两端电压，将电压表视为理想电表，则干路电流I A0.058 A。(3)因为I，所以rR0R0.69 。答案(1)见解析图(2)20 闭合(3)0.69 6某同学为了测量某电池的电动势E和内阻r，采用如图甲所示的电路，其
8、中定值电阻R05.0 ，电压表V1内阻约5.5 k。实验中，移动滑动变阻器滑片，测出电压表V1和V2的多组U1、U2数据，记录的数据如下表所示。实验次数123456U1/V0.501.001.501.702.002.50U2/V8.457.907.607.136.806.27甲乙(1)根据表中的数据，在图乙中画出U2U1图像。(2)根据(1)中所画图线可得出该电源的电动势E_V，内阻r_(结果保留两位小数)。(3)为提高实验的精度，下列做法可行的是_。A适当减小R0可使内阻测量值更接近真实值B适当增大R0可使内阻测量值更接近真实值C将纵坐标改为U1U2可以使电动势测量值更接近真实值D将纵坐标改为U1U2不能使电动势测量值更接近真实值解析(1)先描点，后连线，舍去偏离连线较远的点，如图所示。(2)由闭合电路的欧姆定律得EU1U2r，则U2EU1，由U2U1图像纵轴截距等于电源电动势，可得E9.00 V，由图像斜率大小k，解得内阻r0.36 。(3)适当减小R0，可减小电压表V1内阻的影响，可使电源内阻的测量值更接近真实值，选项A正确，B错误；由于画出U2U1图像时已考虑了定值电阻的分压，将纵坐标改为U1U2，不能使电动势测量值更接近真实值，选项D正确，C错误。答案(1)图见解析(2)9.00(8.959.05均可) 0.36(0.340.39均可)(3)AD
