2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义：选修3-1第七章实验10测定电池的电动势和内阻

实验10　测定电池的电动势和内阻

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，读数要快，每次读完立即断电。

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流，电源的内阻不能用r＝确定，应根据r＝确定。

热点一　教材原型实验

【例1】　（2017·11月浙江选考）小明同学在测定一节干电池的电动势和内阻的实验时，为防止电流过大而损坏器材，电路中加了一个保护电阻R0，根据如图1所示电路图进行实验时，

图1

（1）电流表量程应选择　　　　（填“0.6 A”或“3 A”），保护电阻应选用　　　　（填“A”或“B”）。

A.定值电阻（阻值10.0 Ω，额定功率10 W）

B.定值电阻（阻值2.0 Ω，额定功率5 W）

（2）在一次测量中电压表的指针位置如图2所示，则此时的电压为　　　　 V。

图2

（3）根据实验测得的5组数据所画出的U－I图线如图3所示。则干电池的电动势E＝　　　　　 V，内阻r＝　　　　　 Ω（小数点后保留两位）。

图3

解析　（1）通过题目给出的U－I图象可知，最大电流为0.30 A，故电流表选择0.6 A即可。从U－I图线可知R0＋r＝ Ω＝2.5 Ω，保护电阻R0必须小于2.5 Ω。因此选择B比较合理。

（2）一节干电池的电动势为1.5 V，故应选0～3 V的量程读数，根据读数方法可知电压表读数1.20 V。

（3）本题中，保护电阻可以看做电源内阻一部分，所以通过图象可知E＝1.45 V，r＋R0＝ Ω＝2.5 Ω，所以内阻r＝0.5 Ω。

答案　（1）0.6 A　B　（2）1.20　（3）1.45　0.50

热点二　实验拓展创新

测定电池电动势和内阻的其他方法

【例2】　某研究性学习小组利用如图4甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r。根据实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4

解析　由欧姆定律有，E＝I（R＋r），R＝－r。

由此知图线的斜率为电动势E，纵轴截距大小为内阻r。

E＝ V＝2.9 V，r＝0.9 Ω。

答案　2.9 V　0.9 Ω

1.在测定一节干电池（电动势约为1.5 V，内阻约为2 Ω）的电动势和内阻的实验中，滑动变阻器和电压表各有两个供选：

A.电压表量程为15 V；

B.电压表量程为3 V

C.变阻器为（20 Ω，3 A）

D.变阻器为（500 Ω，0.2 A）

（1）电压表应该选　　　　（选填“A”或“B”），这是因为______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________。

（2）变阻器应选　　　　（选填“C”或“D”），这是因为_____________________________________________________________________

____________________________________________________________________。

解析　本题主要考查学生对电学仪器的选择。电学仪器的选择最主要的有两条原则：（1）安全，即不能超量程；（2）方便，即便于读数和调节。由于电源的电动势约为1.5 V，故选量程为0～3 V的电压表，读数既准确，又方便，D滑动变阻器的额定电流太小，阻值大，调节不方便，故选C变阻器。

答案　（1）B　读数既准确、又方便　（2）C　滑动变阻器D的额定电流太小，最大阻值太大，调节不方便

2.测定电池的电动势和内阻的实验电路如图5所示。

图5

（1）在闭合开关之前滑动变阻器的滑片应放在最　　　　。（填“左端”或“右端”）

（2）现备有以下器材：A.干电池1节；B.滑动变阻器（0～50 Ω）；C.滑动变阻器（0～1 750 Ω）；D.电压表（0～3 V）；E.电流表（0～0.6 A）；F.电流表（0～3 A）。则滑动变阻器应选用　　　　，电流表应选用　　　　。

解析　（1）闭合开关前应使滑动变阻器接入电路中的阻值最大，所以根据电路图可知滑动变阻器的滑片应在最左端；

（2）电源内阻较小，为控制方便，滑动变阻器选择0～50 Ω即可顺利进行实验，故滑动变阻器应选B；由于干电池允许通过的最大电流不大，故电流表应选小量程的，故电流表应选E。

答案　（1）左端　（2）B　E

3.（2015·10月浙江选考）某实验小组做“测定电池的电动势和内阻”的实验电路如图6甲所示：

（1）电流表示数如图乙所示，则电流为　　　　A。

图6

（2）根据实验数据获得U－I图象如图丙所示，则电动势E＝　　　　V，内阻r＝　　　　Ω。

解析　（1）该电流表示数为0.25 A。（2）根据闭合电路的欧姆定律可得U＝E－Ir，图象U－I纵轴截距为电动势，即E＝1.43 V；斜率的绝对值表示电源的内阻，即r＝ Ω＝0.75 Ω。

答案　（1）0.25±0.01　（2）1.43±0.01　0.75±0.03

4.某实验小组利用电压表和电阻箱测量电源的电动势和内阻

（1）请在虚线框中画出实验的电路图

（2）实验的主要步骤如下：

①检查并调节电压表指针指零，将开关S断开，按照电路图连线。

②调节电阻箱R的阻值至　　　　。

③将开关S闭合，逐渐调节电阻箱的阻值使电压表指针有足够的偏转，记下此时电阻箱的阻值R和电压表的示数U。

④改变电阻箱的阻值，测出几组U及R的数据，作出－的图线如图7所示（单位为国际单位制单位）。

图7

（3）由作出的－图线可求得电动势E＝　　　　V，内阻r＝　　　　Ω。（结果保留两位有效数字）

解析　（2）为了保护电路，电阻箱的阻值应调为最大值。

（3）由闭合电路欧姆定律E＝U＋r，得到＝·－，由图象在纵轴上截距的绝对值得内阻r＝1.0 Ω，由图象斜率可得电动势E＝3.3 V。

答案　（1）如图所示　（2）最大值　（3）3.3　1.0

5.在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：

A.干电池E（电动势约为1.5 V、内阻小于1.0 Ω）

B.电流表A1（满偏电流3 mA、内阻r1＝10 Ω）

C.电流表A2（0～0.6 A、内阻0.1 Ω）

D.滑动变阻器R1（0～20 Ω，10 A）

E.滑动变阻器R2（0～100 Ω，10 A）

F.定值电阻R3（990 Ω）

G.开关一个和导线若干

（1）实验器材中未提供电压表，可以利用　　　　将A1改装成电压表。

（2）为方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是　　　　（填字母代号）。

（3）请在虚线框内画出利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验电路图。

图8

（4）如图为某一同学根据他所设计的实验给出的I1－I2图线（I1为A1的示数，I2为A2的示数），由图线可求得被测干电池的电动势E＝　　　　 V，内阻r＝　　　　Ω。

解析　（1）因提供的器材没有电压表，则可由量程知，将电流表A1与定值电阻R3串联改装成电压表。

（2）由于干电池内阻小于1.0 Ω，滑动变阻器R2阻值较大，不便控制电路，所以应选用的滑动变阻器是R1。

（3）实验电路如图所示。

（4）图线纵轴截距为，斜率的绝对值为，由图线可求得被测电池的电动势E＝1.48 V，内阻r＝0.8 Ω。

答案 （1）R3与电流表A1串联 （2）R1 （3）见解析图 （4）1.48（1.46～1.50均对） 0.8（0.79～0.83均对）