2020年高中物理(人教选修3-1)配套学案：第2章--学案13-实验：测定电池的电动势和内阻.docx

学案13试验：测定电池的电动势和内阻学习目标定位 1.知道测定电池的电动势和内阻的试验原理，进一步感受路端电压随电流变化的关系.2.通过试验过程，把握试验方法，学会依据图象合理外推动行数据处理的方法测电池电动势和内阻的试验方案有以下三种1.伏安法：由EUIr知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表，电路图如图1所示图12安阻法：由EIRIr可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图2所示 图2图33伏阻法：由EUr知，假如能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图3所示一、试验步骤(以伏安法为例)(1)电流表用00.6 A量程，电压表用03 V量程，按试验原理图连接好电路(2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最大(3)闭合开关，调整滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)用同样的方法测量几组I、U值(4)断开开关，整理好器材(5)处理数据，用公式法和作图法这两种方法求出电池的电动势和内阻二、试验数据的处理1求平均值法：由EU1I1r，EU2I2r可解得E，r.可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值2作UI图象法(1)本试验中，为了削减试验误差，一般用图象法处理试验数据，即依据多次测出的U、I值，作UI图象；图4(2)将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路状况，它的数值就是电池电动势E；(3)横轴截距点(路端电压U0)意味着短路状况，它的数值就是短路电流；(4)图线斜率的确定值即电池的内阻r，即r，如图4所示三、留意事项1为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表2试验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后马上切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化3.当干电池的路端电压变化不很明显时，作图象时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开头图5如图5所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r|求出一、伏安法测E、r的仪器选择与数据处理例1在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的试验中(1)备有如下器材A干电池1节 B滑动变阻器(020 )C滑动变阻器(01 k) D电压表(03 V)E电流表(00.6 A) F电流表(03 A)G开关、导线若干其中滑动变阻器应选_，电流表应选_(只填器材前的序号)(2)为了最大限度的减小试验误差，请在虚线框中画出该试验最合理的电路图(3)某同学依据试验数据画出的UI图象如图6所示，由图象可得电池的电动势为_ V，内电阻为_.图6解析(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好，在该试验中因电源内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可，故滑动变阻器应选B.(也可以从便于调整的角度来分析，应当选择阻值较小的滑动变阻器)电流表的量程要大于电源允许通过的电流，对于干电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5 A，故需要选择00.6 A量程的电流表，所以电流表应选E.(2)电路图如图所示(3)由题UI图象可知：纵截距为1.5 V，故电池的电动势为1.5 V；内电阻r|1 .答案(1)BE(2)见解析图(3)1.51针对训练用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r，所用电路如图7(a)所示，一位同学测得的六组数据如下表所示.组别123456电流I/A0.120.200.310.320.500.57电压U/V1.371.321.241.181.101.05(1)试依据这些数据在图(b)中作出UI图线图7(2)依据图线求出电池的电动势E_ V，电池的内阻r_ .答案(1)见解析图(2)1.46(1.451.47均可)0.71(0.680.74均可)解析本题考查用作图法处理试验数据的力气作图线时应使尽可能多的点落在直线上，个别偏离太远的点应舍去，图线如图所示由图线与纵轴的交点可得电动势E146 V，再读出图线与横轴交点的坐标(0.65,1.00)，由EUIr得r0.71 .二、安阻法(或伏阻法)测E、r的试验原理与数据处理例2某争辩性学习小组利用如图8甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r.依据试验数据绘出如图乙所示的R图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E_，r_.图8解析由欧姆定律有，EI(Rr)，Rr.由此知题图乙中图线的斜率为电动势E，纵轴截距大小为内阻r.E3.0 V，r1.0 .答案3.0 V1.0 在做测量一只蓄电池(电动势约为2.2 V，内阻很小)的电动势和内阻的试验时，备有下列器材供选用：A定值电阻(阻值已知为R11 ，额定功率约5 W)B定值电阻(阻值已知为R210 ，额定功率约10 W)C直流电流表(量程00.6 A3 A，内阻不能忽视)D直流电压表(量程03 V15 V，内阻较大)E滑动变阻器(阻值范围010 )F滑动变阻器(阻值范围01 000 )G电键H导线若干(1)为防止电源短路，用作疼惜电阻的定值电阻选用_(填“A”或“B”)(2)如图9，某同学将选定的器材在实物图上连线完成了试验电路，闭合电键后无论怎样移动滑片P，发觉电压表示数约为2.2 V不变，电流表的示数几乎为零，若电路中只有一处故障，则电路故障可能是_图9Ab、c间断路Ba、b间某点电阻丝断路CP与电阻丝未接通D疼惜电阻断路(3)排解故障后，某小组争辩发觉图中有一条导线连接错误，请在错误导线上画上“”，并画出正确接线(4)改正错误后按正确操作完成试验，依据试验记录，将测量数据描点如图10，请在图上作出相应图象则待测蓄电池的电动势E为_V，内阻r为_.(结果均保留三位有效数字)图10答案(1)A(2)AC(3) 如下图(4)2.200.5001.如图1所示，是依据某次测定电池的电动势和内阻的试验记录的数据作出的UI图象，下列关于这个图象的说法中正确的是()图1A纵轴截距表示待测电池的电动势，即E3.0 VB横轴截距表示短路电流，即I00.6 AC依据r，计算出待测电池内阻为5 D依据r|，计算出待测电池内阻为1 答案AD解析由于纵坐标并非从零开头，故横轴截距不是短路电流，内阻r|1 .2用伏安法测电池的电动势和内阻的试验中，下列说法中正确的是()A应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表读数变化明显B应选用内阻较小的电压表和电流表C移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载D使滑动变阻器阻值尽量大一些，测量误差才小答案AC解析伏安法测电池的电动势和内阻试验中，应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表，滑动变阻器阻值不能太大，假如太大不便于调整3如图2所示是甲、乙、丙三位同学设计的测量电源电动势和内电阻的电路电路中R1、R2为已知阻值的电阻下列说法中正确的是()图2A只有甲同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻B只有乙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻C只有丙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻D三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻答案D解析图甲中可用EI1(rR1)、EI2(rR2)求得电源的电动势和内电阻，图乙中可用EU1r、EU2r求得电源的电动势和内电阻，而图丙中可用EU1I1r、EU2I2r求得电源的电动势和内电阻，故三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻，故D正确4在“测定电池的电动势和内阻”的试验中，已连接好部分试验电路图3(1)按图3甲所示的试验电路，把图乙中剩余的电路连接起来图4(2)在图乙的电路中，为避开烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于_端(选填“A”或“B”)(3)如图4是依据试验数据作出的UI图象，由图可知，电源的电动势E_ V，内阻r_ .答案(1)见解析图(2)B(3)1.51.0解析(1)电路连接如图(2)闭合开关前，滑动变阻器接入电路中的阻值应当最大，故滑片应置于B端(3)由题图图象可知，电源电动势为1.5 V，内阻r1.0 .5某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材：A被测干电池一节B电流表：量程00.6 A，内阻0.1 C电流表：量程03 A，内阻0.024 D电压表：量程03 V，内阻未知E电压表：量程015 V，内阻未知F滑动变阻器：010 ，2 AG滑动变阻器：0100 ，1 AH开关、导线若干在伏安法测电池电动势和内阻的试验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差在现有器材的条件下，要尽可能精确地测量电池的电动势和内阻(1)在上述器材中请选择适当的器材：_(填写选项前的字母)；(2)在图5(a)方框中画出相应的试验电路图；图5(3)依据试验中电流表和电压表的示数得到了如图(b)所示的UI图象，则在修正了试验系统误差后，干电池的电动势E_ V，内电阻r_.答案(1)ABDFH(2)见解析图(3)1.50.9解析(1)为了尽可能精确地测定电动势和内阻，应选择的器材是A、B、D、F、H.(2)试验电路如图(3)依据UI图象得出E1.5 Vr0.1 0.9 .6某同学在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的试验中，串联了一只2.5 的疼惜电阻R0，试验电路如图6甲所示(1)按图甲电路原理图将图乙实物连接起来；图6(2)该同学按上述电路原理图正确连接好试验电路，合上开关S后，当滑动变阻器的滑动触头P由A端向B端渐渐滑动时，发觉电流表的示数渐渐增大，而电压表的示数几乎不变，直到当滑动触头P滑至邻近B端时，电压表的示数急剧变化，毁灭上述状况的缘由是_.(3)该同学顺当完成试验，测出的数据如下表所示请你依据这些数据帮他在图7中画出UI图象，并由图得出电池的电动势E_ V，内阻r_ ；I/A0.100.170.230.30U/V1.201.000.800.60图7答案(1)如图所示(2)滑动变阻器的总电阻太大(3)如图所示1480.57小明要测定一电池的电动势E和内电阻r，试验器材有：一只DIS电流传感器(可视为抱负电流表，测得的电流用I表示)，一只电阻箱(阻值用R表示)，一只开关和导线若干该同学设计了如图8甲所示的电路进行试验和采集数据甲乙丙图8(1)小明设计该试验的原理表达式是_(用E、r、I、R表示)(2)小明在闭合开关之前，应先将电阻箱阻值调至_(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)在试验过程中，将电阻箱调至图乙所示，则此时电阻箱接入电路的阻值为_ .(3)小明依据试验采集到的数据作出如图丙所示的R图象，则由图象求得该电池的电动势E_ V，内阻r_ (结果均保留两位有效数字)答案(1)EI(Rr)(2)最大值25(3)6.0(5.86.2)2.4(2.32.5)8(1)用电压表、电流表测定电池的电动势和内阻试验，接受的是下列_电路(2)某同学将和测得的数值逐一描绘在坐标纸上，再依据这些点分别画出了图线a与b，如图9所示，你认为比较合理的是图线_(填“a”或“b”)图9(3)依据该图线得到电池电动势的大小是_ V；内阻是_(结果保留两位小数)答案(1)D(2)a(3)1.450.949现有一特殊电池，它的电动势E约为 9 V，内阻r约为40 ，已知该电池允许输出的最大电流为50 mA.为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图10甲所示的电路进行试验，图中电流表的内阻RA已经测出，阻值为5 ，R为电阻箱，阻值范围为0999.9 ，R0为定值电阻，对电路起疼惜作用图10(1)试验室备有的定值电阻R0有以下几种规格，本试验选用哪一种规格的定值电阻最合适()A10 B50 C150 D500 (2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线，则依据该同学作出的图线可求得该电池的电动势E_ V，内阻r_ .答案(1)C(2)1045解析(1)回路中的最小电阻R总 180 ，R0为疼惜电阻，当R0时，电源电流也不会超出50 mA，此时R0R总rRA135 ，C最合适，A、B太小起不到疼惜作用，D太大会使电路中的电流测量范围太小(2)由闭合电路的欧姆定律有EI(rR0RAR)得(RR0)(RR0)，图线的斜率为，由图线知斜率k V，得E10 V，与纵轴截距为5 A1，解得r45 .