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《创新设计》2014届高考物理一轮复习课件:7.5测定电池的电动势和内阻(37张ppt,含详解)


第5讲 实验九 测定电池的电动势和内阻

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?注意事项

/>1.可选用旧电池:为了使电路的路端电压变化明显,
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.电流不要过大,读数要快:干电池在大电流放电时, 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.因
此,实验中不要将I调得过大,读电表要快,每次读

完立即断电.

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3.计算法求E、r:要测出不少于6组I、U数据,且变化范围要 大些,用方程组求解时,要将测出的I、U数据中,第1和第 4为一组、第2和第5为一组、第3和第6为一组,分别解出 E、r值再求平均值. 4.合理选择标度:为使图线分布空间大,如图7-5-2所示,纵 坐标可以不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电
?ΔU? E 流,电源的内阻不能用r= 确定,应根据r=? ΔI ?确定. I短 ? ?

图7-5-2
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?误差分析 ①用图象法求E和r时作图不准确. ②由于电流表或电压表的分压或分流存在系统误差.

?本实验中测量结果是:E测<E真,r测<r真.

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热点一

伏安法测电源电动势和内阻

【典例1】 (2012·重庆卷,22(2))某中学生课外科技活动小组 利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池,他 们测量这种电池的电动势E和内阻r,并探究电极间距对

E和r的影响.实验器材如图7-5-3所示.

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图7-5-3
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①测量E和r的实验方案为:调节滑动变阻器,改变电源两 端的电压U和流过电源的电流I,依据公式________,利用 测量数据作出UI图象,得出E和r. ②将电压表视为理想表,要求避免电流表分压作用对测量

结果的影响,请在图753中用笔画线代替导线连接电路.
③实验中依次减小铜片与锌片的间距,分别得到相应果汁 电池的UI图象如图754中(a)、(b)、(c)、(d)所示,由此可 知: 在该实验中,随电极间距的减小,电源电动势

________(填“增大”、“减小”或“不变”),电源内阻
________(填“增大”、“减小”或“不变”).
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曲线(c)对应的电源电动势E=________V,内阻r=

________Ω.当外电路总电阻为2 500 Ω时,该电源的输出功
率P=________mW.(均保留三位有效数字)

图7-5-4
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解析 ①本题是利用伏安法测电源电动势和内阻,由E=U+ Ir得U=E-Ir. ②连图要从电源正极出发,先连接串联部分,最后再进行并 联,并注意电压表、电流表的正、负接线柱,以防接反. ③在电源的UI图象中,纵轴截距表示电源电动势,斜率绝对值 表示电源的内阻,由图象可得,电极间距减小时,电源电动势 不变,内阻增大.对图线(c),由图得:E=0.975 V,内阻r=

ΔU E2 |k|= =478 Ω.当R=2 500 Ω时,P=I2R= R,代入数 ΔI ?R+r?2 据可得:P≈0.268 mW.
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答案
0.975

①U=E-Ir
478 0.268

②如图所示

③不变

增大

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电源的电动势和内阻测量方法一般为伏安法,另外还有 以下几种方法:

1.安阻法:用一个电流表和电阻箱测量,电路如图7-5-5甲
所示,测量原理为:E=I1(R1 +r),E=I2(R2 +r),由此 可求出E和r,此种方法使测得的电动势无偏差,但内阻 偏大.

图7-5-5
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2.伏阻法:用一个电压表和电阻箱测量,电路如图7-5-5乙所 U1 U2 示,测量原理为:E=U1+ r,E=U2+ r,由此可求出 R1 R2 r和E,此种方法测得的电动势和内阻均偏小. 3.粗测法:用一只电压表粗测电动势,直接将电压表接在电 源两端,所测值近似认为是电源电动势,此时U= ≈E,需满足RV?r. ERV RV+r

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4.双伏法:用两个电压表可测得电源的电动 势,电路如图7-5-6所示.测量方法为:断 开S,测得V1、V2的示数分别为U1、U2,此 U1 时,E=U1+U2+ r,RV为V1的内阻;再闭合S,V1的示 RV U1′ 数为U1′,此时E=U1′+ r,解方程组可求得E和r. RV

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【变式跟踪1】 (2013·长春一调)用DIS测量干电池的电动势

和内电阻的实验电路如图7-5-7甲所示,已知干电池允许
的最大供电电流为0.5 A.

图7-5-7
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(1)实验时应选用下列哪种滑动变阻器________. A.1 000 Ω,0.1 A B.50 Ω,2.0 A C.10 Ω,2.0 A D.50 Ω,0.1 A

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(2)根据实验得到的图象如图乙所示,可求得干电池的内电阻

为r=________ Ω.
解析 (1)因干电池允许的最大供电电流为0.5 A,因此排除选

项A和D;为便于调节,选用最大阻值为10 Ω的滑动变阻器即 可.(2)图乙中,UI图线斜率的绝对值等于电池的内电阻阻
?ΔU? ?1.05-1.45? ? 值,即r=? ΔI ?=? ? ? ? 0.2-0 ? ? ?

Ω=2.0 Ω.

答案

(1)C

(2)2.0

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热点二

实验电路的改进和分析

【典例2】 (2012·福建卷,19(2))某研究性学习小组欲测定一 块电池的电动势E.

①先直接用多用电表测定该电池电动势.在操作无误的
情况下,多用电表表盘示数如图7-5-8所示,其示数为 ________V.

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②然后,用电压表

、电阻箱R、定值电阻R0、开关S、若

干导线和该电池组成电路,测定该电池电动势.

图7-5-8
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(ⅰ)根据图7-5-9乙所示电路图,用笔画线代替导线,将图甲

中的实物图连接成完整电路.

图7-5-9

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(ⅱ)闭合开关 S,调整电阻箱阻值 R,读出电压表相应示数 U. 该学习小组测出大量数据, 分析筛选出下表所示的 R、 数据, U 1 1 并计算出相应的R与U的值.请用表中数据在图 7-5-10 中的坐 1 1 标纸上描点,并作出U- R图线. R(Ω) U(V) 166.7 71.4 50.0 33.3 25.0 20.0 8.3 5.9 4.8 4.2 3.2 2.9

1 - - (×10 2 Ω 1) 0.60 1.40 2.00 3.00 4.00 5.00 R 1 -1 U(V ) 0.12 0.17 0.21 0.24 0.31 0.34
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图7-5-10
(ⅲ)从图线中可求得E=________V.

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解析

①读出示数为:9.4 V.

②(ⅰ)连接电路如图所示.

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(ⅱ)作图线如图所示

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U (ⅲ)由闭合电路欧姆定律得 E=U+R (r+R0) 1 1 r+R0 1 1 1 变形得U=E+ E R, 从上式看出在U- R图象中, 纵轴的 1 截距即为E,由图象得出截距为 0.1,所以 E=10.0 V(9.5 V~11.1 V 内均正确).

答案

见解析

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在利用作出的图像求解未知量时,应特别注意直线的斜率、 截距.为了明确斜率、截距的意义,要先写出两个量的函数 关系,然后从数学表达式中找到斜率、截距的意义.

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【变式跟踪2】 电动自行车具有环保、节能、便捷等优点, 但电动自行车的电瓶用久以后性能会下降,表现之一

为电池的电动势变小,内阻变大.某兴趣小组将一辆
旧电动自行车充满电,取下四块电池,分别标为A、B、 C、D,测量它们的电动势和内阻.

图7-5-11
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(1)用多用电表直流电压“50 V”挡测量每块电池的电动

势.测量电池A时,多用电表的指针如图7511甲所示,其读
数为________ V.
(2)用图乙所示的电路测量A、B、C、D四块电池的电动势E和 内阻r,图中R0为保护电阻,其阻值为5 Ω.改变电阻箱的阻值

R,测出对应的电流I,根据测量数据分别作出A、B、C、D四 1 块电池的 I -R图线,如图7-5-12所示.由图线C可知电池C的 电动势E=________ V,内阻r=________ Ω.

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图7-5-12 (3)分析图7-5-12可知,电池________(选填“A”、“B”、“C”

或“D”)较优.
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解析

(2)由图象C可以看出,当电阻箱连入电路中电阻为0

时对应电流为2 A,图象C的延长线与横轴交点为R0+r=6 Ω, 故电源电动势为12 V,内阻为1 Ω.(3)图象的延长线与横轴的

交点离原点越远表示电源内阻越大,图象C的延长线与横轴
的交点离坐标原点最近,所以电源C较优. 答案 (1)11.0(答“11”也对) (2)12 1 (3)C

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【典例3】 在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,备 有下列器材: A.干电池E(电动势约为1.5 V、内电阻大约为1.0 Ω) B.电压表V(0~15 V)

C.电流表A(0~0.6 A、内阻0.1 Ω)
D.电流表G(满偏电流3 mA、内阻Rg=10 Ω) E.滑动变阻器R1(0~10 Ω、10 A) F.滑动变阻器R2(0~100 Ω、1 A) G.定值电阻R3=990 Ω

H.开关、导线若干
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(1)为了方便且能较准确地进行测量,其中应选用的滑动 变阻器是________(填写“R1”或“R2”); (2)请在线框内画出你所设计的实验电路图,并在图中标

上所选用器材的符号;

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(3)如图7-5-13所示为某一同学根据他设计的实验,绘出的I1I2 图线(I1为电流表G的示数,I2为电流表A的示数),由图线可 求得被测电池的电动势E=________ V,内电阻r=________ Ω.

图7-5-13
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解析

从实验操作方便和安全角度出发,滑动变阻器选小阻

值,大额定电流的R1;所给器材中电压表量程过大,不能选

用,需要把电流表G与R3串联,被测量电源的内阻很小,电
流表相对电源用外接法;图象与纵轴的截距为1.47 mA,为 断路时通过G的电流.断路电流乘以(R3+Rg)等于1.47 V,为 电源电动势;图线的斜率为电源内阻r=0.83 Ω. 答案 (1)R1 (2)电路图如图所示 (3)1.47(1.46~1.48均对)

0.83(0.81~0.85均对)

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预测高考命题视角
以本实验为背景,通过改变实验条件、实验仪器设置题目, 不脱离教材而又不拘泥教材,体现开放性、探究性、设计 性等特点. 视角1 实验方法、方案的选择 根据题目所给仪器→确定实验方案(伏安法、安阻法、伏阻 法等).

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视角2

实验器材的灵活选用

如①定值电阻可以作为保护电阻 ②定值电阻可以当电压表使用

③定值电阻可以当电流表使用
④电压表可以当小量程的电流表使用 视角3 图象法处理数据,并巧用数形结合得到实验所要测

量的物理量

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见Word版活页训练

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