【物理】2010-2011学年同步学案（人教选修3-1）：第2章 恒定电流 第9-10节 实验：测定电池的. 人教版.docVIP

第9节　实验：测定电池的电动势和内阻 要点 实验基础知识 1．实验步骤 (1)电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按图连接好电路． (2)把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端． (3)闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据(I，U)，用同样方法测量几组I、U值，记录在自己设计的表格中． (4)打开电键，整理好器材． (5)处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值． 2．注意事项 (1)使用内阻大些(用过一段时间)的干电池，在实验中不要将I调得过大，一般不超过0.5 A，每次读完U、I读数立即断电，以免干电池在大电流放电时极化现象过重，E、r明显变化． (2)测出不少于6组(I，U)数据，且U、I变化范围尽量大些． (3)在画U—I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，而不要顾及个别离开较远的点以减小偶然误差． (4)干电池内阻较小时U的变化较小，坐标图中数据点将呈现如图2－9－5甲所示的状况，下部分大面积空间得不到利用，为此可使纵坐标不从零开始，如图乙所示，纵坐标不从零开始，把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小些．此时图线与横轴交点不表示短路电流，计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝||计算出电池的内阻r. 图2－9－5 (5)合理地选择电压表与电流表的量程可以减小读数误差，电压表选取0～3 V量程，电流表选取0～0.6 A量程.　　1.U—I图象的斜率和截距的物理意义是什么？ 图2－9－6 我们用U—I图象处理实验数据，得到了一条以点A(与纵轴U的交点)和点B(与横轴I的交点)为端点的斜线U＝E－Ir(如图2－9－6所示)，那么，应该如何认识这条直线的物理意义？ 对于点A，从坐标可以看出，电流I＝0，这时电路处于断路状态，因此纵坐标UA＝E.而UA也是直线的截距，则图象的截距表示了电源的电动势． 对于点B，从坐标可以看出，路端电压U＝0，这时电路处于短路状态，因此横坐标为短路电流I短，一般电源的内电阻都较小，因此短路电流很大，容易烧坏电源，甚至引起火灾等不良后果，应避免短路现象的发生． 由图象可求得直线的斜率(即斜线与横轴I的夹角α的正切) tan α＝＝＝－r 这与欧姆定律的直线方程U＝E－Ir的斜率k＝－r一致．可见，U—I图象的斜率的绝对值就是电源内电阻的数值．这就是斜率k＝tan α的物理意义． 2．本实验如何进行误差分析？ (1)第一种实验线路(课本上的测量电路) U＝E－Ir中I是通过电源的电流，而本实验用图2－9－7所示的电路是存在系统误差的，这是由于电压表分流IV，使电流表示值I测小于电池的输出电流I真． 因为I真＝I测＋IV，而IV＝，U越大，IV越大，U趋于零时，IV也趋于零． 图2－9－7 　　　　　图2－9－8 所以它们的关系可用图2－9－8表示，测量图线为AB，真实图线为A′B. 由图线可看出r和E的测量值都小于真实值． r测r真，E测E真 (2)第二种实验线路 测量电源电动势和内阻的第二种接法，如图2－9－9所示． 图2－9－9 　　　　图2－9－10 由于电流表的分压作用，因为U真＝U测＋UA′＝U测＋IRA，RA为电流表的内阻，这样在U—I图线上对应每一个I应加上一修正值ΔU＝IRA，由于RA很小，所以在I很小时，ΔU趋于零，I增大，ΔU也增大，理论值与测量值的差异如图2－9－10所示． 由图可知：E测＝E真，r测r真(内阻测量误差非常大)．实际测量时应选电路图2－9－7. 一、实验基本操作 【例1】 某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值为0～20 Ω，连接电路的实物图如图2－9－11所示． 图2－9－11 该学生接线中错误的和不规范的做法是(　　) A．滑动变阻器不起变阻作用 B．电流表接线有错 C．电压表量程选用不当 D．电压表接线不妥 答案　AD 解析　实物图中，滑动变阻器的两个固定端被接入电路，滑片移动时，变阻器不起变阻作用，选A项． 电流表和电压表只允许从电表的正接线柱流入，负接线柱流出，故图中电压表接线错误，电流表接线正确．故选D项，不选B项． 一节干电池的电动势为1.5 V，电压表选用0～3 V量程是正确的，故不选C项． 图中电压表直接和电池并联，即使开关断开，电压表仍有示数，开关不能控制整个电路，从这个角度看出应选D项． 二、数据处理方法 【例2】 下面是在测某电池的电动势和内阻的实验中记录的六组数据．请在直角坐标系中画出U—I图，并根据图象算出待测电池的电动势和内阻. U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 答案　图象见解析图　1.46 V　0.72 Ω 解析　建立坐标