高考物理 | 测定电池的电动势和内阻实验专题解析

实验原理：闭合电路的欧姆定律

1. 伏安法

闭合电键, 调节滑动变阻器, 使灵敏电流计有明显示数。实际实验中读数变化不明显, 电压表示数接近零。

缺点：

 (1) 需同时读两个表的值。

 (2) 电表示数变化不明显, 很难读数。

2. 伏阻法

闭合电键, 调节变阻箱, 电压表有示数, 但无明显变化。

由可知，如果能得到U、R的两组数据，同样能通过解方程组求出E和r。这样来测定电源的电动势和内阻。

3. 安阻法

闭合电键, 调节变阻箱, 灵敏电流计有示数, 且有明显变化。

由E＝IR＋Ir可知，如果能得到I、R的两组数据，也可以得到关于E和r的两个方程，于是能够从中解出E和r。这样，用电流表、电阻箱也可以测定电源的电动势和内阻。

实验器材：待测电池，电压表，电流表，滑动变阻器，电键，导线。

1. 公式法

改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路的欧姆定律求出几组、r值，最后分别算出它们的平均值。比如测出两组数据，就列出两个方程，可以计算E和r。

2. 作图法

用作图法来处理数据。即在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出U-I图象，所得直线跟纵轴的交点即为电动势值，图线斜率的绝对值即为内电阻r的值。

注意事项：

1．为了使电池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．干电池在大电流放电时，电动势会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A。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。

3．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、r值再平均。

4．在画U-I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧。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的抵消，从而提高精确度。

5．干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多，这时，在画U-I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从零开始）。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流。不过直线斜率的绝对值照样还是电源的内阻。

(1)电流表相对于待测电阻(电源内阻)外接，实测的E和r都小于真实值。

(2)电流表相对于待测电阻(电源内阻)内接。

任一种电路都存在系统误差，若电源内阻较小时，不能采用图“内接法”甲中的测量电路，尽管电动势的测量值准确，但内阻的测量误差很大，因此要选用图“外接法”甲中的测量电路。

1. 关于电动势，下列说法正确的是（ ）

A．电源内部，非静电力在单位时间内由负极向正极移送的电荷量越多，电动势越大

B．电源内部，非静电力在单位时间内由负极向正极移送的电荷做功越多，电动势越大

C．电源内部，非静电力由负极向正极移送相同的电荷量时，其做功越多，电动势越大

D．电源内部，非静电力由负极向正极移送电荷做功相同时，其移送电荷量越多，电动势越大

电动势的定义公式为：E=，其中W非为电源内部非静电力由负极向正极移送电荷做的功，q为电源内部非静电力由负极向正极移送的电荷量．

解析：
根据电动势的定义公式E=，电源内部，非静电力由负极向正极移送单位正电荷时，其做功越多，电动势越大，故ABD错误，C正确；故选C。

2. 下列说法正确的是（ ）

A．在电源内部，依靠静电力搬运电荷

B．电阻率由导体的材料决定，且与温度有关

C．由电动势的定义式可知，电动势的大小与非静电力做功的大小成正比，与移送电荷量的大小成反比

D．金属导体通电时，建立电场的速率等于光速

根据电动势的定义式E=可知，非静电力把单位正电荷从电源负极移送到正极所做的功等于电源的电动势．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量．电阻率即与材料有关，由于温度有关，而导体中的电场是以光速建立的．

解析：
A、电源内部是靠非静电力把正电荷从电源负极移送到正极，故A错误．

B、电阻率由导体的材料决定，且与温度有关．故B正确．

C、由E=可知，电源把其他形式的能转化为电能越多，即W越大，电动势不一定就越高．E采用比值定义法，E反映电源本身的特性，故C错误．

D、金属导体通电时，建立电场的速率等于光速．故D正确．

故选：BD

3. 如图所示，直线I、II分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流的变化的特性图线，曲线III是一个小灯泡的伏安特性曲线，如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法正确的是（ ）

A．电源1与电源2的内阻之比是11:7

B．电源1与电源2的电动势之比是1:1

C．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1:2

D．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是1:2

分析：

根据电源的外特性曲线U-I图线，可求出电动势和内阻；根据灯泡伏安特性曲线与电源外特性曲线交点确定灯泡与电源连接时工作电压与电流，即可求出功率与灯泡电阻．

解析：
A、根据电源U-I图线，r1=，r2=，则r1：r2=11：7，故A正确．

B、E1=E2=10V，故B正确

C、D、灯泡伏安特性曲线与电源外特性曲线的交点即为灯泡与电源连接时的工作状态，则U1=3v，I1=5A，P1=15W，R1=Ω

U2=5V，I2=6A，P2=30W，R2=Ω
P1：P2=1：2，R1：R2=18：25故C正确，D错误。故选ABC