第 1 页 共 3 页 高中物理实验：电池电动势和内阻测定教学案例电池电动势和内阻测定教学案例
一、实验目的：
1、了解电池电动势及电极电势的测量方法；
2、了解电池内阻的作用和测量方法；
3、对于电池的使用能力和质量进行评估。
二、实验器材：
1、电池；
2、电阻箱；
3、万用表；
4、导线；
5、电池夹；
6、阳极铜板。
三、实验原理：
1、电池电动势
电池电动势是指电池通过内部化学反应产生的电动势。当电池闭合后，在内部化学反应的作用下，每个原子的电子在电场力的作用下在原子内部跳跃，形成一个电子云，在电子云和原子核的相互作用下，原子成为电离度不同的不同离子。在给定的温度和压力下，每个化学反应的电势是固定的。因此，我们可以测量电池的电动势来给电池做出正确的评估。
第 2 页 共 3 页 2、电池内阻
电池内阻是指电池在工作过程中会遇到一定阻力，这种阻力来自于电池自身的特点，包括极板材料，电解液，极板形状等。通常，电池内阻越小越好，因为它对于电池的功率输出有着重要的影响。
电池内阻的测量方法是通过与外部电路串联，然后测量额定电流下的电池跨越的电压降。根据欧姆定律可以得出：
r＝E-V/R；
其中，r表示电池内阻，E表示电池电动势，V表示电池跨越的电压降，R表示电路总电阻。
四、实验步骤：
1、测量电池电动势：
准备好电池夹、电阻箱、导线和万用表等器材。将电池夹用导线与电阻箱和万用表相连接。
按照实验要求调节电阻箱的电阻，再关闭电池开关。
2、测量电池内阻：
将自制的阳极铜板置于电池的阳极极板上，然后连接电池的负极铜板，形成一块电动势为“电压差V”的电池。连接Ω2在电路中，调节Ω1的阻值，使电流测得爱驱动电压V1和Ω2之间的电阻，根据欧姆定律可做如下分析。
五、实验结果与分析：
1、电池电动势实验结果 第 3 页 共 3 页
电池电动势的最终测量值为E=2.33V。通过各项铜银电极电势的叠加与电位差的概念来计算电池电动势，理论值为2.43V，与实际测量值基本相符，说明实验的准确性较高。
1.在“测定电源电动势和内阻”的实验中，某同学根据实验数据，作出了正确的U－I图象，如图2－10－11所示，其中图线斜率绝对值的物理含义是( )
图2－10－11
A．短路电流
B．电源内阻
C．电源电动势
D．全电路电阻
解析：选B.由闭合电路公式E＝I(R＋r)＝U＋Ir得U＝E－Ir，所以在U－I图象中图线斜率表示电源内阻．故正确答案为B.
2．用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，下列说法中错误的是( )
A．应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表读数变化明显
B．应选用内阻较小的电压表和电流表
C．移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载
D．使滑动变阻器阻值尽量大一些，测量误差才小
解析：选BD.选用电表时应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表；同时，滑动变阻器的阻值不能太大．如果这样电流较小，电流表读数误差较大，故应选B、D.
3．如图2－10－12所示，是甲、乙、丙三位同学设计的测量电源电动势和内电阻的电路．电路中R1、R2为已知阻值的电阻．下列说法中正确的是( )
图2－10－12
A．只有甲同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
B．只有乙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
C．只有丙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻
D．三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻
解析：选D.图甲中可用E＝I1(r＋R1)、E＝I2(r＋R2)求得电源的电动势和内电阻，图乙中可用E＝U1＋U1R1r、E＝U2＋U2R2•r求得电源的电动势和内电阻，而图丙中可用E＝U1＋I1r、E＝U2＋I2r求得电源的电动势和内电阻，故三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻，故D正确．
4．某研究性学习小组利用如图2－10－13所示电路测量某电池的电动势E和内电阻r.由于该电池的内电阻r较小，因此在电路中接入了一阻值为2.00 Ω的定值电阻R0.
(1)按照实物连线图在虚线框内画出实验电路图：
1 第2章 第10节
1．在测定电池的电动势和内电阻的实验中，除电池外，采用下列哪组器材可以进行实验( )
A．电压表、电流表和滑动变阻器 B．电压表和滑动变阻器
C．电流表和电阻箱 D．电压表和电阻箱
2．可用理想电压表、理想电流表Ⓐ、变阻器R以及电键K和导线等器材来测量某一电源E的电动势和内阻．下面给出了四个电路图，图中＋、－代表电源的正、负极和电表的正负接线柱．正确的电路图是( )
3图甲为测量某电源电动势和内阻时得到的U－I图线．用此电源与三个阻值均为3Ω的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8V.则该电路可能为乙中的( )
4．某同学采用如图所示的电路测定电源电动势和内电阻．已知干电池的电动势约为1.5V，内阻约为1Ω； 电压表(0～3V,3kΩ)、电流表(0～0.6A,1.0Ω)、滑动变阻器有R1(10Ω，2A)和R2(100Ω，0.1A)各一只．
(1)实验中滑动变阻器应选用________(填“R1”或“R2”)．
(2)在下图方框中画出实验电路图．
(3)在实验中测得多组电压和电流值，得到如上图所示的U－I图线，由图可较准确地求出该电源电动势E＝________V；内阻r＝________Ω.
5．测量“水果电池”的电动势和内电阻：将一铜片和一锌片分别插入一只苹果内，就构成了简单的 2 “水果电池”，其电动势约1.5V，可是这种电池并不能点亮额定电压为1.5V，额定电流为0.3A的手电筒上的小灯泡．原因是流过小灯泡的电流太小了，经实验测得还不足3mA.现用量程合适的电压表、电流表以及滑动变阻器、开关、导线等实验器材尽量精确地测定“水果电池”的电动势和内电阻．
(1)若给出的滑动变阻器有两种规格：A(0～30Ω) B(0～30kΩ)．本实验中应该选用哪种规格的滑动变阻器？答：________.
(2)在实验中根据电压表的示数U与电流表的示数I的值，经描点、连线得到U－I图象，如图所示，根据图中所给数据，则“水果电池”的电动势和内阻分别是多少？
1 测定电池的电动势和内阻的其他几种方法
1.安阻法：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图6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6
2.伏阻法：用一个电压表和电阻箱测量，电路如图7所示，测量原理为：E＝U1＋U1R1r，E＝U2＋U2R2r.由此可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小.
图7
3.伏伏法：用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图8所示.测量方法为：断开S，测得V1、V2的示数分别为U1、U2，此时，E＝U1＋U2＋U1RVr，RV为V1的内阻；再闭合S，V1的示数为U1′，此时E＝U1′＋U1′RVr，解方程组可求得E、r.
图8
4.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的电动势，此时U＝ERVRV＋r≈E，需满足RV≫r.
1．用如图1所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻．电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：
2 图1
(a)电流表(量程0.6 A、3 A)；
(b)电压表(量程3 V、15 V)；
(c)定值电阻(阻值1 Ω、额定功率5 W)；
(d)定值电阻(阻值10 Ω、额定功率10 W)；
(e)滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω、额定电流2 A)；
(f)滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω、额定电流1 A)．
那么
(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择________ V，电流表的量程应选择________ A；R0应选择________ Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是________
Ω的滑动变阻器．
(2)引起该实验系统误差的主要原因是______________________________．
解析 (1)由于电源是一节干电池(约1.5 V)，所以选量程为3 V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般为几欧，加上保护电阻，最大电流也在1.0 A以下，小于量程3 A的13，所以选量程为0.6 A的电流表；由于电池内阻较小，保护电阻不宜太大，选1 Ω的即可，否则会使电流表、电压表读数范围较小，造成较大的误差；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就能很好地控制电路中的电流和电压，因此取0～10 Ω范围．(2)由于电压表的分流作用，使电流表读数总是比干路电流小，造成E测
