【精准解析】高中物理人教版选修3-1教师用书：第2章10　实验：测定电池的电动势和内阻含解析

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10　实验：测定电池的电动势和内阻
[学习目标]　1.[科学思维]知道伏安法测量电源电动势和内阻的实验原理，进
一步理解电源路端电压随电流变化的关系。2.[科学方法]学会根据图象合理外推进
行数据处理的方法。3.[科学方法]尝试进行电源电动势和内电阻测量误差的分析，
了解测量中减小误差的办法。
一、实验原理和方法
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，根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程：
⇒
二、实验器材
待测电池一节，电流表(0～0.6 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。
三、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．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，读出电压表示数 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。
实验序号 1 2 3 4 5 6
I/A
U/V
5.断开开关，整理好器材。
四、数据处理
1．公式法
把测量的几组数据分别代入 E＝U＋Ir 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：
① 图线与纵轴交点为 E。
② 图线与横轴交点为 I短＝。
③ 图线的斜率表示 r＝||。
五、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 E＝U＋(IV＋IA)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。
甲　　　　　　　乙
从图象角度看：
① 当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，因此短路电流测量值＝真实值。
②E测<E真。
③因为r测＝，所以 r测<r真。
(2)如果采用如图甲所示接法，则 IA为电源电流真实值，理论上有 E＝U＋UA
＋IAr，其中的 UA不可知，从而造成误差(如图乙中带箭头线段 UA)，而且电流表
示数越大，UA越大，当电流表示数为零时，UA＝0，电压表示数值为准确值，等
于E。
甲　　 　乙
从图象角度看：
①E为真实值。
②I短测<I短真。
③因为r＝，所以 r测>r真。
六、注意事项
1．器材或量程的选择
(1)电池：为了使路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一
段时间的 1号干电池。
(2)电压表的量程：实验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于 1.5 V 的
前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为 0～3 V 的电压表。
(3)电流表的量程：对于电池来讲允许通过的电流最大为 0.5 A，故电流表的
量程选 0～0.6 A 的。
(4)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，滑动变
阻器选择阻值较小一点的。
2．电路的选择：伏安法测电源电动势和内阻有两种接法，由于电流表内阻
与干电池内阻接近，所以电流表应采用内接法，即一般选择误差较小的甲电路图。
甲　　　　　乙
3．实验操作：电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势 E会明显下降，
内阻 r会明显增大，故长时间放电不宜超过 0.3 A，短时间放电不宜超过 0.5 A。
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