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10实验：测定电池的电动势和内阻,【实验目的】1.了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。2.学习用图象法处理实验数据。3.会对测量误差进行分析，了解测量中减小误差的方法。,【实验原理】思路1：伏安法测电动势E和内电阻r,如图所示，改变滑动变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组I和U的值，由U=E-Ir可得：,思路2：用电流表、电阻箱测电动势E和内电阻r由闭合电路的欧姆定律得：E=I(R+r)用电流表测干路中的电流，通过改变电路中的电阻，测出两组R、I数据，就可以列出两个关于E、r的方程：E=I1(R1+r)，E=I2(R2+r),联立就可以解出结果，实验电路如图所示。,思路3：用电压表、电阻箱测电动势E和内电阻r由闭合电路的欧姆定律得E=，用电压表测得路端电压，通过改变电路中的电阻，测出两组U、R数据，就可以列出两个关于E、r的方程：,联立就可以解出结果，实验电路如图所示。,【实验器材】在不同的思路中需要的实验器材略有不同，分别如下：思路1：待测电池一节，电流表、电压表各一个，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干，坐标纸。思路2：待测电池一节，电流表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干。,思路3：待测电池一节，电压表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干。,下面以思路1为例说明实验的具体操作过程、数据处理、误差分析及注意事项。,【实验过程】一、实验步骤1.确定电流表、电压表的量程，按图示连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。2.闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数。,3.同样的方法，依次记录多组U、I值。4.断开开关S，拆除电路。5.以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压、电流值标在坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻。,二、数据处理为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法：1.公式法：利用依次记录的多组数据(一般6组)，分别记录在表中：,分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值E=r=作为测量结果。,2.图象法：把测出的多组U、I值，在U-I图中描点画图象，使U-I图象的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图所示，由U=E-Ir可知：,(1)纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流I短=(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻r=(3)若电源内阻r=0(理想电源)，则U=E。,【误差分析】1.偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作U-I图象时描点不准确。,2.系统误差：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些。U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U-I坐标系中表示出来，如图所示，可见E测E真，r测r真。,【注意事项】1.器材及量程的选取：(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1.5V的前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为03V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0.5A，故电流表的量程选00.6A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.为防止电池电动势E、内阻r发生变化，实验中I不要过大(应小于0.5A)，读电表要快，每次读完后应立即断电。,3.作U-I图象时：(1)当路端电压变化不是很明显时，作图象时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点不从零开始，把纵坐标的比例放大。(2)画U-I图象时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。,热点一实验器材的选择和电路连接【典例1】在做测干电池电动势和内阻的实验时备有下列器材可供选用。A.干电池(电动势约为1.5V)B.直流电流表(量程为00.63A，0.6A挡内阻为0.10，3A挡内阻为0.025),C.直流电压表(量程为0315V，3V挡内阻为5k，15V挡内阻为25k)D.滑动变阻器(阻值范围为015，允许通过的最大电流为1A)E.滑动变阻器(阻值范围为01000，允许通过的最大电流为0.5A),F.开关G.导线若干H.电池夹,(1)将选定的器材按本实验要求的电路(系统误差较小)给图甲所示的实物图连线。,(2)根据实验记录，画出的U-I图象如图乙所示，可得待测电池的内阻r=_。,【解析】(1)实物连接图如图丙所示，首先是仪器选择，只有1节干电池，故电压表量程应选C(03V)；整个实验电路中既要不造成短路现象，在此实验中电池放电电流也不宜超过0.6A，故电流表量程应选B(00.6A)；由以上知滑动变阻器应选D(015)；还要用开关F、导线G和电池夹H。其次是电路选择，,题目要求系统误差较小，应采用丁图所示的电路。所以选用器材代号为：A、B(00.6A)、C(03V)、D(015)、F、G、H。,(2)由U-I图象可知E=1.5V，r=1答案：(1)见正确解答(2)1,热点二实验数据处理和误差分析【典例2】小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。,(1)图中电流表的示数为_A。(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：,请根据表中的数据，在方格纸上作出U-I图线。,由图线求得：电动势E=_V；内阻r=_。(3)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合。其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为_。,【正确解答】(1)电流表使用的量程为00.6A，所以电流表读数为0.44A。(2)描点连线得到U-I图象，如图所示,根据E=U+Ir，图象中纵截距为电动势，所以E=1.60V(1.581.62都算对)，斜率为内阻，所以r=1.2(1.181.26都算对)。(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大。,答案：(1)0.44(2)U-I图象见正确解答1.60(1.581.62都算对)1.2(1.181.26都算对)(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大,
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