高中物理人教版 (2019)必修 第三册实验：电池电动势和内阻的测量练习

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一.实验思路
1.电源有两个重要参数，分别是① 和②
2.利用电压表可以直接测量电池电压，若电压表是理想电压表，内阻无穷大，把电压表接人电池两极后③ 电流从电压表通过，外电路是④ 状态，此时电压表的示数即为电池电动势的大小；实验室的电压表和电池的正负极相连后⑤ 微小电流流过电压表，电压表的示数只是电池电动势的近似值。
3.为了更精确地测量电池的电动势和内阻，可以把电源接在电路中，和外电路形成一个闭合电路，根据闭合电路的欧姆定律建立联系，由E=U+ Ir知，只要测出⑥ 的两组数据，就可以列出两个方程，从而解出⑦ 。
实验器材
根据电路图完成电路时，所需要器材有：干电池，电流表，电压表，滑动变阻器，开关，导线若干。
三．测量物理量
1.为了降低实验误差，可使用⑧ 改变外电路的电阻，进行⑨ 测量。
2.根据多次测出的U、I值，作U-I图像处理数据较为方便，如图所示，将图线两侧延长，纵轴截距的数值就是电池的⑩ ，横轴截距（路端电压U=0）的数值就是⑪ 。图线斜率的绝对值等于电池的⑫ ，即⑬ 。
【方法突破】
一、实验原理与设计
1.伏安法
(1)原理图
(2)主方程:E=U+Ir。
(3)主要器材:滑动变阻器、电流表、电压表。
(4)实验设计:通过调节滑动变阻器,只需测出U、I的两组数
据,就可以列出两个关于E、r的方程,从而解出E、r。
2.安阻法
(1)原理图
(2)主方程:E=IR+Ir。
(3)主要器材:电阻箱、电流表。
(4)实验设计:通过调节电阻箱,只需测出R、I的两组数据,就可以列出两个关于E、r的方程,从而解出E、r。
3.伏阻法
(1)原理图
(2)主方程:E=U+r。
(3)主要器材:电阻箱、电压表。
(4)实验设计:通过调节电阻箱,只需测出R、U的两组数据,就可以列出两个关于E、r的方程,从而解出E、r。
二、数据的分析与处理
1.计算法:
由E=U1+I1r,E=U2+I2r可解得:
E=,r=。
分别将1、4组,2、5组,3、6组联立方程组解出E1、r1,E2、r2,E3、r3,求出它们的平均值作为测量结果:
E=,r=。
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,不在直线上的点,能大致均衡地分布在直线两侧。
(3)如图所示:
①图线与纵轴交点为E;
②图线与横轴交点为I短=;
③图线的斜率表示r=||。
误差分析
1.使用限流外接法的误差分析:
限流外接法电路如图甲所示。
(1)误差来源:电压表的分流作用。由于实际使用的电压表不是理想电表,将有电流通过。测量的电流偏小。
(2)误差大小分析:当路端电压为零时,电压表不分电流,此时测量电流没有误差。随着电压表两端的电压越大,通过电压表的电流越大,测量的电流偏小得越多。
(3)真实图像与测量图像的比较:综上分析,真正的U-I图像为图乙中的虚线A′B,测量值为图乙中的实线AB。
(4)结论:与真实值相比,电动势测量值偏小,电阻偏小。
2.使用限流内接法的误差分析:
限流内接法电路如图丙所示。
(1)误差来源:电流表的分压作用。由于实际使用的电流表不是理想电表,电流表两端有电压。测量的电压偏小。
(2)误差大小分析:当干路电流为零时,电流表不分电压,此时测量电压没有误差。随着通过电流表的电流增大,电流表两端的电压越大,测量的电压偏小得越多。
(3)真实图像与测量图像的比较:综上分析,真正的U-I图像为图丁中的虚线,测量值为图丁中的实线。
(4)结论:与真实值相比,电动势测量值无系统误差,电阻偏大。
【例1】用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻，被测电源是两节干电池串联成的电池组。可供选择的实验器材如下：
A．电流表，量程 B．电流表，量程
C．电压表，量程 D．电压表，量程
E.滑动变阻器， F.滑动变阻器，
G.开关一个，导线若干
（1）为了尽量得到较准确的实验结果，电流表量程应选________量程，电压表量程应选________量程，滑动变阻器应选________。
（2）有甲、乙两个可供选择的电路如图所示，应选________电路进行实验，实验中误差是由于________表的读数比真实值偏________（选填“大”或“小”）而引起的。
【例2】图甲是目前智能设备上常用的一种聚合物锂电池，某物理兴趣小组从一块废旧充电宝中拆出了一块这种电池，外表上印有“3.7V 4000mAh”字样。他们准备利用学过的知识测量此电池的电动势和内阻。提供的器材有定值电阻R0（有两种规格“2Ω”、“2kΩ”），电阻箱R，电流表（量程0.6A），开关和导线若干。
（1）定值电阻R0的阻值应选用_________（选填“2Ω”、“2kΩ”）。
（2）根据图乙连接好测量电路，实验中发现电流表损坏。该小组找到一只毫安表（量程20mA，内阻30Ω），并改装为量程为0.6A的电流表，则需给毫安表并联上一个合适的电阻，改装后的电流表内阻为__________Ω。
（3）用改装好的电流表替换下损坏的电表，多次改变电阻箱的阻值R，记录实验数据，以为纵坐标、R为横坐标，根据记录的数据作出图线如图丙所示，则该电源的电动势E=_______V，内阻r=________Ω。（结果均保留三位有效数字）
【例3】某研究性学习小组采用如图甲所示的电路测量某干电池的电动势E和内阻r，R为电阻箱，V为理想电压表，其量程略大于电池的电动势.实验中通过多次改变电阻箱的阻值R，并从电压表上读出相应的示数U，该小组的同学发现U与R不呈线性关系，于是求出了相应的电阻与电压的倒数，如下表所示。
回答下列问题：
（1）表中有一组数据是错误的，分析数据并结合实验原理，可判断第______组数据是错误的。
（2）根据实验数据，在图乙所示的坐标系中绘出关系图线； ______
（3）由图线可知，该干电池的电动势______V，内阻_____。（结果保留两位有效数字）
【对点检测】
1．电话手表是一种集手表、通话与定位等功能于一体的新式通信工具。小贾同学要测某品牌电话手表的电池的电动势（约为3V）和内阻（约为）设计了如图甲所示的电路，电路中为定值电阻，电压表内阻较大。
（1）滑动变阻器应选用___________，定值电阻应选用______________。
A．滑动变阻器（阻值为，允许通过的最大电流为1A）
B．滑动变阻器（阻值为，允许通过的最大电流为1A）
C．定值电阻（阻值为，功率不能超过2W）
D．定值电阻（阻值为，功率不能超过10W）
（2）闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，记录多组电压表和电流表的示数，作出图像如图丙所示，则电池的电动势__________V（结果保留三位有效数字），电池的内阻____________（结果保留两位有效数字）。
（3）当电压表的示数如图丁所示时，电压表读数为__________V；题中实验方法得到的电池内阻测量值____________真实值（填“>”、“=”、“