实验测定电池的电动势和内阻习题.pdf
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1、2.10实验:测定电池的电动势和内阻 一、实验目的 1进一步熟练电压表、电流表、滑动变阻器的使用。 2学会用伏安法测电池的电动势和内阻。 3学会利用图象处理实验数据。 二、实验原理 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,即可得到 两个欧姆定律方程 三、实验器材 待测电池一节,电流表(00.6 A) 、电压表 (0 3 V) 各一块,滑动变阻器一只,开关一只,导线若干。 四、实验步骤 1选定电流表、电压表的量程,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闭合电键,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,读出电压表示数
2、U 和电流表示数I,并填入事先 绘制好的表格(如下表 )。 4.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断开电键,整理好器材。 五、数据处理 1公式法把测量的几组数据分别代入E UIr 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图象法 (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 图线与纵轴交点为E。 图线与横轴交点为I短 E r 。 图线的
3、斜率表示r U I 。 六、误差分析 1偶然误差有读数视差和用图象法求E 和 r 时,由于作图不准确而造成的偶然误差。 2系统误差 (1) 采用如图甲所示电路在理论上EU(IVIA)r,其 中 电 压 表 示数 U 是准确的电源两端电压。实验中忽略了通过电压表的 电 流 IV,从而形成误差 (如图乙中带箭头线段所示),而且电压 表 示 数 越 大, IV越大。 从图象角度看: 当电压表示数为零时,IV0,IAI短,因此短路电 流 测 量 值 真实值; E测r真。 七、注意事项 1如果使用的是水果电池,它的内阻虽然比较大,但不够稳定,测量前要做好充分的准备,测量尽量迅 速。 2如果使用干电池,则
4、选择内阻大些的、已使用过的电池。 3实验中不要将I 调得过大,每次读完U、I 读数立即断电。 4在量程合适的前提下,选择内阻大一些的电压表。 5当干电池的路端电压变化不很明显时,作图象时,纵轴单位可取的小一些,且纵轴起点可不从零开 始。 6计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点,用r U I 计算。 八、它案设计 1用电流表和电阻箱测E、r(又叫安阻法 ) 如图所示,由EIRIr 可知,如果能得到I、R 的两组数据,也可以得 到 关 于E 和 r 的两个方程,于是能够从中解出E 和 r。这样,用电流表、电阻箱也可以 测 定 电 源 的电动势和内阻。 2用电压表和电阻箱测E、r(又叫伏阻法 )
5、如图所示,由EU U R r 可知,如果能得到 U、R 的两组数据,同样能通过解方程 组求出E 和 r。这样,也可以用电压表、电阻箱来测定电源的电动势和内阻。 典型例题 例 1.要精确测量一个直流电源的电动势和内阻,给定下列实验器材: A待测电源 (电动势约为4.5 V,内阻约为2 ) B电流表A1(量程 0.6 A ,内阻为1 ) C电压表V1(量程 15 V ,内阻为3 k ) D电压表V2(量程 3 V,内阻为2 k ) E定值电阻R1500 F定值电阻R21 000 G滑动变阻器R(阻值范围020 ) H开关及导线 (1) 该实验中电压表应选_( 填选项前面的序号),定值电阻应选_(
6、填选项前面的序号)。 (2) 在方框中画出实验电路图。 (3) 若将滑动变阻器滑到某一位置,读出此时电压表读数为U,电流表读数为I,从理论上分析,电源电动 势 E 和内阻 r 间的关系式应为E _ 。 解析 (1)待测电源的电动势约为4.5 V,用量程为15 V 的电压表V1误差大,选用量程3 V 的电压表 大量程,串联的定值电阻R E U 1 RV1 k ,即选用 V2,需串联电阻扩 R2。(2) 如图所示 (3) 由闭合电路的欧姆定律,对甲图,有E 3 2U(1 r)I,对乙图,有 E 3 2U I U 2 000 r。答案 (1)DF(2)见解析图(3)E 3 2U(1 r)I 或 E
7、3 2U I U 2 000 r 典型例题 例 2.在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中,供选用的器材有: A电流表 (量程: 00.6 A ,RA1 ) ; B电流表 (量程: 03 A, RA0.6 ) ; C电压表 (量程: 03 V, RV5 k ) ; D电压表 (量程: 015 V ,RV10 k ) ; E滑动变阻器(010 ,额定电流1.5 A) ; F滑动变阻器(02 k ,额定电流0.2 A); G待测电源 (一节一号干电池)、开关、导线若干。 (1) 请在题中虚线框中画出能使本实验测量精确程度高的实验电路。 (2) 电路中电流表应选用_,电压表应选用_
8、,滑动变阻器应选用_。 (用字母代号填 写) (3) 如图所示为实验所需器材,请按原理图连接出正确的实验电路。 (4) 引起该实验系统误差的主要原因是 _。 解析 (1)电路如图所示。由于在如图所示的电路中只要电压表的内阻RV?r,这种条件很容易实现,所 以应选用该电路。(2)考虑到待测电源只有一节干电池,所以电压表应选C;放电电流又不能太大,一般不超 过 0.5 A,所以电流表应选A;变阻器不能选择太大的阻值,从允许最大电流和 减小实验误差来看,应选择电阻较小而额定电流较大的滑动变阻器E,故器材 应选 A、C、E。(3)如图所示 注意闭合开关前,要使滑动变阻器接入电路的电阻最大,即滑片应滑到
9、最左端。(4)系统误差一般是由测 量工具和测量方法造成的,该实验中的系统误差是由于电压表的分流作用使得电流表读数(即测量值 )总是比 干路中真实电流值小,造成E测E真,r测r真。 答案 (1) 见解析图(2)ACE(3)见解析图(4)电压表的分流作用 典型例题 例 3.在用电压表和电流表测电池的电动势和内阻的实验中,所用电压表和电流表的内阻分别为1 k 和 0.1 ,图中为实验原理图及所需器件图。 (1) 在图中画出连线,将器件按原理图连接成实验电路。 (2) 一位同学记录的6 组数据见下表,试根据这些数据在图中画出U-I 图象,根据图象读出电池的电动势E _V ,求出电池内阻r_ 。 (3)
10、 若不作出图线,只选用其中两组U 和 I 的数据,用公式EUIr 列方程求E 和 r,这样做可能得出误 差很大的结果,其中选用第_组和第 _组的数据,求得E 和 r 误差最大。 解析 (1) 按照实验原理图将实物图连接起来,如图甲所示。 (2) 根据 U、I 数据,在方格纸U-I 坐标上找点描迹。如图乙所示,然后将直线延长,交U 轴于 U11.46 V,此即为电源电动势;交I 轴于 I0.65 A ,注意此时U21.00 V ,由闭合电路欧姆定律得I EU2 r ,则 r EU2 I 1.461.00 0.65 0.71 。(3)由图线可以看出第4 组数据点偏离直线最远,若取第3 组和第 4
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- 实验 测定 电池 电动势 内阻 习题
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