新高考物理一轮复习精讲精练第9章恒定电流第5讲 电池电动势和内阻的测量（原卷版）.docVIP

第五讲电池电动势和内阻的测量

知识梳理

考点一、伏安法测电源的电动势和内电阻

1．实验原理

闭合电路的欧姆定律。

2．实验器材

电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。

3．实验步骤

(1)电流表用0.6A的量程，电压表用3V的量程，按图连接好电路。

(2)把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端。

(3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)。用同样的方法再测量几组I、U值，填入表格中。

(4)断开开关，拆除电路，整理好器材。

4．数据处理

(1)列方程求解：由U＝E－Ir得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(U1＝E－I1r,U2＝E－I2r))，解得E、r。

(2)用作图法处理数据，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＝eq\f(E,r)。

③图线的斜率表示r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|。

5．注意事项

(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＝|eq\f(ΔU,ΔI)|确定。

(5)干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况，使下部大面积空间得不到利用。为此，可使纵坐标不从零开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)，如图乙所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小。此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线与纵轴交点的纵坐标仍为电动势。要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|，计算出电池的内阻r。

6．误差来源

(1)偶然误差：用图像法求E和r时作图不准确。

(2)系统误差：电压表分流。

(3)本实验中测量结果是：E测＜E真，r测＜r真。

例1、(2020·浙江7月选考·18)某同学分别用图甲和图乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻．

(1)在方框中画出图乙的电路图；

(2)某次测量时电流表和电压表的示数如图丙所示，则电流I＝_______A，电压U＝_______V；

(3)实验得到如图丁所示的两条直线，图中直线Ⅰ对应电路是图________(选填“甲”或“乙”)；

(4)该电池的电动势E＝________V(保留三位有效数字)，内阻r＝________Ω(保留两位有效数字)．

例2、(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．电流表内阻较小

(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。

序号

1

2

3

4

5

6

7

I/A

0.08

0.14

0.20

0.26

0.32

0.36

0.40

U/V

1.35

1.20

1.05

0.88

0.73

0.71

0.52

请根据实验数据，回答以下问题：

①图丙的坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点，请在坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像。

②根据实验数据可知，所选的定值电阻为________(填“R1”或“R2”)。

③用笔画线代替导线，请在图丁上按照改进后的方案，将实物图连接成完整电路。

课堂随练

训练1、某实验小组欲测定一硅光电池的电动势和内电阻，可供选择的实验器材如下：

待测硅光电池E(电动势约为1.3V，内阻约为100Ω)；

直流电流表A1(量程0～12mA，内阻为50Ω)；

直流电流表A2(量程0～24mA，内阻为5Ω);

电压表V1(量程0～3V，内阻约为3kΩ)；

电压表V2(量程0～1.5V，内阻约为1.5kΩ)；

滑动变阻器R1(最大电阻200Ω，额定电流0.1A)；

滑动变阻器R2(最大电阻20Ω，额定电流1A)；

开关S