菊座理化实验室 物理 · 必修第三册

电池电动势和内阻的测量

实验:电池电动势和内阻的测量 · 用 U-I 图线求 E 和 r

电动势 E 待测
内阻 r 待测
测量进度 0 / 3 组

公式值,不是实测

左边是闭合电路,右边是 U-I 坐标图。

先猜外电阻变小,电流变大,路端电压会怎样?

先选一个,再看结论和实验。

结论变小。内阻分走的电压变多,路端电压就降下来。

第 1 镜 · 装置 装置:电池、电流表、电压表和滑动变阻器接成闭合电路,右边是 U-I 坐标图,还没有描点。

第 1 / 5 镜 · 尚未播放
改变条件
外电阻 R
电池的 E 和内阻 r 固定 1.50 V、0.50 Ω,只改外电阻

选一个外电阻,然后点播放,看这一组的电流、路端电压和 U-I 图上的点。

要点 · 记忆点

电动势和内阻的测量
记住这句

U-I 图线是一条斜向下的直线:延长到 I = 0,纵轴截距就是 E,斜率的绝对值是 r。

图线怎么画出来

换三个外电阻,各测一组电流 I 和路端电压 U,在坐标纸上描点,用直尺画一条穿过大多数点的直线。

截距为什么是 E

由 U = E − Ir 可知,电流 I 等于零时内阻上没有电压降,路端电压就等于电动势。所以图线延长到 I = 0,截距就是 E。

斜率为什么是 r

直线的斜率是 −r,取绝对值就是内阻。也可以这样记:电流每增加 1 安,路端电压下降的数值正好是 r。

为什么用图线法

每组读数都带着误差,一条穿过大多数点的直线能把偶然误差摊平;逐组代入公式算 r,误差会直接传进结果。

易错电流不要长时间调得太大:电池发热后内阻会变,电量也掉得快。教材建议一般不超过 0.5 A;本页 1.0 Ω 那组到 1.0 A,只用来把图线拉开看清楚,不做长时间通电。

观察什么

外电阻 5.0 Ω

电流 0.273 A,路端电压 1.36 V,点落在图线的左上方。

外电阻 1.0 Ω

电流 1.000 A,路端电压 1.00 V。外电阻小了,电流变大,路端电压跟着降。

三组测完

三个点连成直线,延长后与纵轴交在 1.50 V,斜率的绝对值是 0.50 Ω。

这个实验在说明什么

这一页用换外电阻的办法测电池的电动势和内阻:三组电流和路端电压描成一条斜向下的直线,再从截距和斜率把 E 和 r 读出来。

电池的 E 和内阻固定 1.50 V、0.50 Ω,只改外电阻;5.0 Ω 时电流 0.273 A、路端电压 1.36 V,1.0 Ω 时电流 1.000 A、路端电压 1.00 V。

图线要描点后延长才读得出截距,真实实验里电压表会分走一小部分电流,测得的 E 和 r 都比真实值略小;1.0 Ω 那组到 1.0 A,只用来把图线拉开看清楚,不做长时间通电。

电动势、内阻和外电阻是设定值,电流按 I = E / (R + r)、路端电压按 U = IR 算出,是公式值,不是实测。真实实验里 E 和 r 由描点后的直线延长读出,电压表会分走一小部分电流,测得的 E 和 r 都比真实值略小。教材:人教社电子课本 · 物理必修第三册。

讲给家长听

合上这一页,说说 U-I 图线的截距和斜率各表示什么。

卡住了?看一眼

纵轴截距是电动势 E,斜率的绝对值是内阻 r。