高考物理一轮复习讲义47　第九章　实验探究课十二　测量电池的电动势和内阻

这是一份高考物理一轮复习讲义47　第九章　实验探究课十二　测量电池的电动势和内阻，共7页。

教材原型实验
[典例1] (2023·浙江6月选考)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中：
(1)部分连线如图1所示，导线a端应连接到______(选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上。正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图2所示，其示数为________ V。
(2)测得的7组数据已标在如图3所示U-I坐标系上，用作图法求干电池的电动势E＝________ V和内阻r＝________Ω。(计算结果均保留两位小数)
[听课记录]



[典例2] (2024·甘肃卷)精确测量干电池电动势和内阻需要考虑电表内阻的影响。可用器材有：电压表(量程1.5 V，内阻约为1.5 kΩ)、电流表(量程 0.6 A)、 滑动变阻器、开关、干电池和导线若干。某小组开展了以下实验。
(1)考虑电流表内阻影响
①用图1所示电路测量电流表的内阻。从图2电压表和电流表读数可得电流表内阻RA＝________ Ω(保留两位有效数字)。
②用图3所示电路测量干电池电动势和内阻。电压表读数、电流表读数、干电池内阻和电流表内阻分别用U、I、r和RA表示，则干电池电动势E＝U＋________(用I、r和RA表示)。
③调节滑动变阻器测得多组电表读数，作出图4所示的U-I图像，则待测干电池电动势E＝______ V(保留三位有效数字)，内阻r＝________ Ω(保留一位小数)。
(2)考虑电压表内阻影响
该小组也尝试用图5所示电路测量电压表内阻，但发现实验无法完成。原因是________(单选，填正确答案标号)。
A．电路设计会损坏仪器
B．滑动变阻器接法错误
C．电压太大无法读数
D．电流太小无法读数
[听课记录]




拓展创新实验
[典例3] 某实验小组要测量电池的电动势和内电阻，实验室提供的实验器材如下：
A．被测干电池一节，电动势约1.5 V，内电阻不小于2.5 Ω
B．定值电阻R0(阻值为20 Ω)
C．电压表V(量程1 V，内电阻RV为980 Ω)
D．电阻箱R(0～9 999.9 Ω)
E．开关S、导线若干
实验电路如图甲所示：
(1)实验过程中，电阻箱电阻R的最小值为______ Ω(计算结果保留两位有效数字)。
(2)根据闭合电路欧姆定律，实验过程中，电压表读数U与电阻箱电阻R的关系为1U＝____________________(请用相应的字母表示)。
(3)闭合开关S后，多次调整电阻箱R的值，记录对应的电压表读数U，然后利用图像法处理数据：以R为横坐标、以1U为纵坐标，根据实验中得到的多组R、U数据，在坐标系中描点、连线如图乙，该图线的斜率k＝7196 V-1·Ω-1，纵轴截距b＝0.8 V-1，则被测电池电动势E＝________ V，被测电池内阻r＝________ Ω(计算结果均保留三位有效数字)。
[听课记录]



(1)实验原理创新：本实验隐含的是安阻法测量电动势和内阻的方法。
(2)实验器材创新：“电压表(内阻已知)＋定值电阻”组合相当于“电流表”。
(3)数据处理创新：利用1U-R图线的斜率和截距求解电动势和内阻。
[典例4] 某实验小组需测量电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0，并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：
(1)将器材按如图(a)连接；

(2)开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的________(选填“a”或“b”)端；
(3)改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据；
(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图(b)所示，图线斜率为k，与纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为r0，该电池电动势和内阻可表示为E＝________，r＝________；(用R0、RA、k、d、r0表示)
(5)为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0。利用现有器材设计实验，在图(c)方框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示)；
(6)利用测出的r0，可得该电池的电动势为E＝________，内阻为r＝________。
[听课记录]



本实验的创新点：
(1)利用安阻法测量电池的电动势和内阻；
(2)将电阻丝绕在圆形时钟表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度，代替常规的利用刻度尺测量接入电路的电阻丝长度的方法；
(3)利用1I-θ的图线斜率k＝r0E求解电动势E，利用纵轴截距d＝RA+r+R0E求解内阻r。
实验原理
实验操作
注意事项
1．电路图
2．原理：改变滑动变阻器的电阻，测多组U、I值，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir计算E、r。
1．选量程、连线路：按原理图连接电路，注意电压表、电流表的量程和正、负接线柱。
2．滑动变阻器滑片移到阻值最大一端。
3．测量：闭合开关，改变滑动变阻器阻值，测多组U、I值。
4．求解：利用公式法或图像法求E、r。
1．为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池。
2．电流不要过大，应小于0.5 A，读数要快。
3．要测出不少于6组的(I，U)数据，变化范围要大些。
数据
处理
方法一：列方程组求解电动势和内阻的大小。
根据以上三组方程分别求出E、r，再取其平均值作为电源的电动势E和内阻r。
方法二：用作图法处理数据，如图所示。
(1)图线与纵轴交点为电动势E。(2)图线的斜率的绝对值表示内阻r＝ΔUΔI。
误差
分析
1．读数不准确和电表线性不良引起误差。
2．用图像法求E和r时，由于作图不准确造成误差。
3．实验时通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化。
4．若采用图甲电路，由于电压表的分流作用造成误差，电压值越大，电压表的分流越多，对应的I真与I测的差值越大。其U-I图像如图丙所示。结论：E测＜E真，r测＜r真。

5．若采用图乙电路，由于电流表的分压作用造成误差，电流值越大，电流表的分压越多，对应的U真与U测的差值越大。其U-I图像如图丁所示。结论：E测＝E真，r测＞r真。