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第九章电路与电能;实验十一测电池电动势和内阻;;基础梳理夯根基;一、实验目的
1.理解伏安法测电源电动势和内电阻的实验原理及有关事项。
2.掌握安阻法、伏阻法测电源的电动势和内电阻的实验原理及有关事项。;二、实验原理、操作及数据处理
1.基本方法——伏安法
(1)原理:闭合电路欧姆定律E=U+Ir
利用测得的U、I值,根据
计算出电动势、内阻。
(2)电路图(图甲)与实物图(图乙);(3)操作要领
①连线路:按原理电路图连接电路,注意电流表、电压表接线柱的正负及量程。
②滑动变阻器:闭合开关前,滑片位于连入阻值最大的位置。
③测量:调节滑动变阻器的滑片,测量多组U、I值。
④整理器材。;(4)数据处理
①公式法:
解出多组E、r值,并分别计算其平均值。
②图像法:如图所示。
a.图线与纵轴交点为电源电动势E。
b.图线斜率的绝对值为内阻r。;2.创新方法:安阻法、伏阻法、等效电源法
(1)安阻法
①原理:如图甲所示,用一个电流表和一个电阻箱组合测量,E=I(R+r),此种方法使测得的电动势无偏差,内阻偏大。若已知电流表A的阻值可消除测量内阻的系统误差。;②数据处理
a.公式法:E=I1(R1+r),E=I2(R2+r),由此可求出E和r。
b.图像法:由E=I(R+r)变形得=·R,则-R图像是一条如图乙所示的直线,直线在纵轴的截距为b,斜率为k,则有E=,r=。;(2)伏阻法
①原理:如图丙所示,用一个电压表和一个电阻箱组合测量,E=U+r,此种方法测得的电动势和内阻均偏小。;②数据处理
a.公式法:E=U1+r,E=U2+r,由此可求出E和r。
b.图像法:由E=U+r变形得=,可见图像为一条直线,如图丁所示,直线的斜率k=,纵轴截距b=。由此解得E=,r=。;(3)等效电源法
①原理:当电源内阻r过小时,如果直接测量,
测出电源的内阻误差较大。如图戊所示,用一
个阻值合适的定值电阻R0与电源串联,并把它
们看成一个等效电源。
②数据处理
a.等效电动势E效=E。
b.电源内阻r效=R0+r,其中r是被测电源的内阻。测出等效电源的内阻
r效,则被测电源的内阻r=r效-R0。;???、误差分析
1.偶然误差:电表读数及用图像法求E和r时作图不准确。
2.系统误差
(1)伏安法:由于电压表的分流,测量结果:E测<E真,r测<r真。
(2)安阻法:由于电流表的分压,测量结果:E测=E真,r测>r真。
(3)伏阻法:由于电压表的分流,测量结果:E测<E真,r测<r真。;四、注意事项(以伏安法为例)
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0.5A,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。
4.若U-I图线纵轴刻度不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电流,内阻应根据r=确定。;考点研析提能力;类型一教材原型实验
(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。;电压表测量的电压应为路端电压,开关应能控制电路,所以导线a端应连接到B;
干电池电动势约为1.5V,电压表选择0~3V量程,分度值为0.1V,题图2中电压表读数为1.20V。
;(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)。;(2020·山东高考)实验方案对实验测量的精度有直接的影响,某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有:
干电池一节(电动势约1.5V,内阻小于1Ω);
电压表V(量程3V,内阻约3kΩ);
电流表A(量程0.6A,内阻约1Ω);
滑动变阻器R(最大阻值为20Ω);
定值电阻R1(阻值2Ω);
定值电阻R2(阻值5Ω);
开关一个,导线若干。;(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验,通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏,记录此过程中电压表和电流表的示数,利用实验数据在U-I坐标纸上描点,如图乙所示,结果发现电压表示数的变化范围比较小,出现该现象的主要原因是________(单选,填正确答案标号)。
A.电压表分流
B.干电池内阻较小
C.滑动变阻器最大阻值较小
D.电流
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