人教版 (新课标)选修310 实验：测定电池的电动势和内阻学案

2.10 《测定电池的电动势和内阻》导学案

【学习目标】

测电源的电动势和内阻。

【重点难点】

用电压表和电流表测电源的电动势和内阻；作图处理实验数据。

【学法指导】

认真观察实验，掌握用电压表和电流表测电源电动势和内阻的原理和方法，体会作图处理实验数据的方法和优点

【知识链接】

闭合电路欧姆定律的内容是什么？路端电压U和干路电流I的关系式以及图象是什么？

【学习过程】

1．实验原理

（1）用电压表、电流表、可变电阻（如滑动变阻器）测量。如图1所示：测出两组U、I值，就能算出电动势和内阻。原理公式：E=U+Ir。

（2）用电流表、电阻箱测量。如图2所示：测出两组I、R值，就能算出电动势和内阻。

原理公式：E= I（R＋r）。

（3）用电压表、电阻箱测量。如图3所示：测出两组­­­U、R值，就能算出电动势和内阻。

原理公式：。

下面以图1所示的方法介绍实验步骤和实验数据的处理方法。

2．实验器材

电池（待测电源）、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线，坐标纸。[来源:学.科.网Z.X.X.K]

3．主要实验步骤

（1）按照图1把器材连接好。

（2）把滑动变阻器滑片移到电阻  最大  （填“最大”或“最小”）的一端。

（3）闭合电键，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组  I  、U  、值。

（4）断开电键，整理好器材。

（5）数据处理：在坐标纸上作 U－I 图线，求出E、r。

­4．注意事项：关于图象法处理数据[来源:Z.xx.k.Com]

将多组U、I数据描在坐标纸上，利用图线求解电动势和内阻。

①纵轴是路端电压，横轴是干路电流，U=E-Ir，图线是倾斜向下的直线。

②电阻的伏安特性曲线中，U与I成正比，前提是R保持一定，而这里的U-I图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R的变化，才有I和U的变化。[来源:学。科。网Z。X。X。K]

③实验中至少得到5组以上数据，画在坐标纸上拟合出一条直线。要使多数点落在直线上，且分布在直线两侧的点个数大致相等。

④将图线延长，纵轴截距意味着断路情况，它的数值等于电动势E。横轴截距（路端电压U=0）意味着短路情况，它的数值等于短路电流。

【特别提醒】①两个截距点均无法用实验直接测到，是利用得到的图线向两侧延长得到的。

②由于r一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确，纵轴的坐标一般不从零开始，计算r时选取直线上相距较远的两点求得。

【训练测试】

1.在测定电池的电动势和内电阻的实验中，除需用导线和开关外，下述各组器材可完成实验的是(　　)

(1)伏特表和安培表　　　   (2)安培表和电阻箱

(3)安培表和变阻器　　　   (4)伏特表和电阻箱

(5)伏特表和变阻器

(6)伏特表、安培表和变阻器[来源:Zxxk.Com]

2．可用理想电压表、理想电流表Ⓐ、变阻器R以及电键K和导线等器材来测量某一电源E的电动势和内阻．下面给出了四个电路图，图中＋、－代表电源的正、负极和电表的正负接线柱．正确的电路图是

(　　)

3．在测定电动势和内电阻的实验中，有几个学生接成了如下图所示甲、乙、丙、丁四种电路，当闭合K，滑动头P左右移动时，(伏特表、安培表视为理想)

(　　)

(1)会出现安培表示数可变，伏特表示数始终为零情况的是电路图________；

(2)会出现安培表示数为零，伏特表示数不变的是电路图________；

(3)会使安培表烧坏的是电路图________；[来源:Zxxk.Com]

(4)会使安培表示数不变，伏特表示数可变的是电路图________．

4．图中，R为已知电阻，Rx为待测电阻，K1为单刀单掷开关，K2为单刀双掷开关，V为电压表(内阻极大)，E为电源(内阻不可忽略)．现用图中电路测量电源电动势E及电阻Rx.

(1)写出操作步骤．

(2)由R及测得的量，可得E＝______，Rx＝______.

5．测量“水果电池”的电动势和内电阻：将一铜片和一锌片分别插入一只苹果内，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约1.5V，可是这种电池并不能点亮额定电压为1.5V，额定电流为0.3A的手电筒上的小灯泡．原因是流过小灯泡的电流太小了，经实验测得还不足3mA.现用量程合适的电压表、电流表以及滑动变阻器、开关、导线等实验器材尽量精确地测定“水果电池”的电动势和内电阻．

(1)若给出的滑动变阻器有两种规格：A(0～30Ω)　B(0～30kΩ)．本实验中应该选用哪种规格的滑动变阻器？答：________.

(2)在实验中根据电压表的示数U与电流表的示数I的值，经描点、连线得到U－I图象，如图所示，根据图中所给数据，则“水果电池”的电动势的内电阻分别为E＝________V；r＝________Ω.

【参考答案】

1.答案：(2)、(4)、(6)

解析：由闭合电路欧姆定律的公式：E＝U＋Ir＝I(R＋r)＝U＋r[来源:Z.xx.k.Com]

可得出测量E，r的几种基本方法：

①改变R，测量两组U、I值，联立解得；[来源:学,科,网Z,X,X,K]

②已知不同的R值，分别测出电流I，联立解得；

③已知不同的R值，分别测出电压U，联立解得．

2．答案：B

解析：本题考查的是电路中仪器的基本知识和基本能力要求．电源的正极应与电压表和电流表正极相连，并且电压表在电路中应当并联，电流表在电路中应串联．[来源:学§科§网][来源:学&科&网][来源:学,科,网]

3．答案： (1)丁　           (2)乙　           (3)甲　           (4)丙

4．答案：(1)①K1断开，K2接到a端，记下电压表的读数U1；②K2仍接到a端，闭合K1，记下电压表的读数U2；③K1仍闭合，K2接到b端，记下电压表的读数U3.(2)U1；R

5．答案：(1)B　(2)1.5　500

【学习反思】

利用电压表、电流表、可变电阻（如滑动变阻器）测量（如图1所示）电动势和内阻的实验中，由于电压表、电流表的内阻会带来系统误差。试分析系统误差来源于什么？用图象法分析测量值是偏大还是偏小？