2022年高中物理 实验手册 第二部分 实验12 测定电源的电动势和内电阻

2022年高中物理 实验手册 第二部分 实验12 测定电源的电动势和内电阻实验目的1. 学习用伏安法测电池的电动势和内电阻。2. 学习用图像法处理数据。实验器材伏特表，安培表，滑动变阻器（010欧姆），待测电源（1号干电池2节），电键，导线若干，电阻箱或定值电阻（3 欧姆）实验原理一个电动势为 E，内阻为 r 的电源与负载电阻 R 构成一闭合电路如图61，根据全电路欧姆定律，电动势E，内电阻 r，电源的路端电压和通过电源的电流 I 之间有如下关系：E = U + I r对于给定的电源，E 和r 是一定的， I 和 U都随负载电阻R的改变而改变。只要改变 R的阻值，即可测出两组I和U数据，然后代入方程组： E = U1 + I1 r (1) E = U2 + I2 r (2)R图61图62UIEI短r就可以求出电动势E 和内电阻r。但这样做偶然误差较大。 为了减小偶然误差，我们可以多测几组I和U的数据（例如6组或8组）分别代入公式： , 最后求出平均值。也可以用UI图线法对伏安法测得的数据进行处理。从图62可以看出U是I的一次函数，所以UI图线应是一条斜率为负值的直线。其特点是：（1） I = 0时，U = E。这就是说，当外电路断路时，路端电压等于电源电动势。反映在UI图线上就是图线在纵轴U上的截距等于电源的电动势E。（2） R = 0时，U = 0，这时I = I短 ，当电源短路时，路端电压为零，这时电路中的电流并不是无穷大，而是等于短路电流I短 。反映在UI图线上就是斜线在横轴I上的截距等于I短 ，根据 ，可知，从图中求出E 和I短 。实验指导1由于电池的内阻较小，每个不大于0.5欧。当电流最大为0.6安时，电池的内部压降不过0.3伏，这样就给采集电压数据造成了一定困难。为此建议在电路中串入一个3欧的定值电阻（也可用电阻箱代替），如图63所示。把串入的定值电阻看成是一个电源的内阻，待算出后再减去，则可得到电池的内阻。由于串联了3欧的电阻，使得“电源”内阻加大（约为4欧左右），这样当电流仍为0.6安时，电池的内部压降可以达到2伏多。从采集数据的角度说要方便得多了。但串入的定值电阻也不宜过大，否则会使实验的相对误差过大。 2因为中学物理实验所用电压表的量程都是两档。并且考虑到电表指针摆动范围在1/3量程以上有效。 建议实验时用两节干电池串联作为电源，求出的电动势和内电阻均除以2作为实验结果。 3用伏安法进行实验有两种电路联接方式。参见图63和图64。R0VARVAR图 63图 64 考虑到伏特表和安培表内阻对实验结果的影响，如果不是高内阻电源（如叠层电池），应采用图63电路进行实验。 4当用两节干电池作电源，串一个3欧的电阻进行实验时，输出电压一般都在2伏以上。所以在做图线时，纵轴（U轴）的起点不宜从0开始，因为那样全图的下半部都将是空白，图线只集中在图的上面1/3部分，这是不符合作图要求的。所以纵轴的起点要视电压的实验值（最小值）而定，但图线与横轴交点不在是短路电流，这一点请注意。5实验前先估算一下实验中可能出现的电压、电流值，合理选择各仪表量程。 6一号干电池长时间放电不宜超过0.3安，短时间放电不宜超过0.5安。每次读数时通电时间不宜过长，电流不宜过大，否则电池的电动势会迅速跌落，内阻剧增。实验步骤1. 按图63所示电路连接实验线路。其中电源是两节一号电池，与之串联的定值电阻为3欧。2. 移动滑线变阻器的滑动触头，使它的电阻处于最大值。然后闭合电键S开始实验。3. 每次改变R的阻值，读出对应的安培表示数和伏特表示数，将每次的读数记入表格，至少测六组实验数据。4. 在坐标纸上以电流I为横坐标，路端电压U为纵坐标，描出所记录的各组I和U值的对应点。5. 根据描出的各实验点作出UI图线。 由此图线确定出电源的电动势和内电阻。然后计算出平均每一节干电池的电动势和内电阻。问题思考 1既然理论上已证明这里的U I图线是一条直线，那么做两组（ ）值，描出两个对应的点，就可以确定此直线。为什么要测多组（ ）值，描出多个对应点后再作图？这样做的意义是什么？2不用定值电阻再做一次这个实验，你发现伏特表读数的变化与有定值电阻时有什么不同？为什么？3. 在测定电池的电动势和内阻的实验中，测得几组电流和路端电压的值如下表所示，请根据测得的数据利用图线法求出电池的电动势和内阻。图65