高中物理第二章恒定电流10实验：测定电池的电动势和内阻课件新人教版选修3_1

10 实验:测定电池的电动势和内阻,1.知道测量电源电动势和内阻的实验原理,进一步感受电源路端电压随电流变化的关系。 2.经历实验过程,掌握实验方法,学会根据图象合理外推进行数据处理的方法。 3.尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析,了解测量中减小误差的方法。 4.培养仔细观察、真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是的品质。,1.实验目的 (1)了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。 (2)学习用图象法处理实验数据。 (3)会对测量误差进行分析,了解测量中减小误差的方法。 2.实验器材 待测电池一节,电流表(00.6 A)、电压表(03 V)各一块,滑动变阻器一只,开关一只,导线若干,铅笔,坐标纸。,上述几种实验方案不同,它们的原理相同吗? 提示:相同,不管是哪一种测量,实验原理都是闭合电路欧姆定律。,4.实验步骤 (1)确定电流表、电压表的量程,按实验电路图连接好电路,并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。 (2)闭合开关S,接通电路,将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动,从电流表有明显读数开始,记录一组电流表、电压表读数。 (3)同样的方法,依次记录多组U、I值。 (4)断开开关S,拆除电路。 (5)利用公式法和图象法求出电动势和内阻。,1.实验注意事项 (1)正确选用电压表和电流表的量程,并注意正确连接表上的“+”“-”接线柱。 (2)实验前必须把变阻器的滑片置于阻值最大的位置,以防止出现烧坏电流表的事故。 (3)为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些。 (4)由于干电池在大电流放电时极化现象严重,电动势会明显下降,内阻r会明显增大,故实验中不能将电流调得过大(长时间放电不宜超过0.3 A,短时间放电不宜超过0.5 A),且读数要快,读完后立即切断电源。,对此也可由电路来解释:若把图甲中的R和电流表看成外电路,则电压表可看成内电路的一部分,故实测出的是电池和电压表这个整体等效的r和E。电压表和电池并联,故等效内阻r小于电池内阻r真,r测r真。外电路断开时,A、B两点间电压UAB即等效电动势E,此时电压表构成回路,故UABE真,即E测E真,测量值实际上是等效电源的电动势E和内阻r,当把等效电源外电路短路时,电压表不再分流,短路电流等于通过电池的实际电流,所以两图线相交于相同的短路电流处(乙图中的B点)。,对此也可由电路来解释,若把图甲中的RA看成内电阻的一部分,故实测出的是电池和电流表这个整体的等效电动势E和内阻r,r测=r=r真+RAr真,由电动势等于外电路断路时的路端电压可知,把电路从A、B处断开,E测=UAB=E真,所以两图线交于纵轴上的同一点,即电池的电动势处。 综上所述,任何一种电路都存在系统误差。此实验中,因电源内阻较小,不能采用电流表内接中的测量电路,尽管电动势的测量值准确,但内阻的测量误差很大,因此要选用电流表外接的测量电路。另外实验还有因电压表、电流表的读数以及作 U-I图线时描点不准确造成的偶然误差。,特别提醒若U轴上的数据不是从零开始的,则图线与I轴的交点就不是短路电流。,4.实物图连线问题 (1)先画出电路图,这是连接实物图的依据。 (2)先连接干路,再连接支路,遵循“先串后并”的原则。 (3)注意电源的正负极,电表的正负接线柱,电表量程的选择以及滑动变阻器接线柱的合理选用。 (4)注意连线不能交叉,开关要能够控制电路。,类型一,类型二,类型三,类型四,实验仪器的选择 【例1】 用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验,供选用的器材有 A.电流表(量程00.6 A,RA=1 ) B.电流表(量程05 A,RA=0.6 ) C.电压表(量程03 V,RV=5 k) D.电压表(量程015 V,RV=10 k) E.滑动变阻器(010 ,额定电流1.5 A) F.滑动变阻器(02 k,额定电流0.2 A) G.待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干,类型一,类型二,类型三,类型四,(1)实验中电流表应选用 ,电压表选用 ,滑动变阻器选用 。(用字母代号填写) (2)引起该实验系统误差的主要原因是 。 点拨:解答本题应把握以下三点: (1)电表量程的选择原则是在不超量程的前提下选小量程的。 (2)选择滑动变阻器时,滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍即可。 (3)实验误差的分析要从真实值和测量值的差别去分析。,类型一,类型二,类型三,类型四,解析:(1)由于流过电源的电流不宜过大,若电流过大,电源会出现严重的极化现象,电动势和内阻都会有较大的变化,因此电流表应选00.6 A量程,电源电动势只有1.5 V,故电压表应选03 V量程,为便于调节,滑动变阻器应选010 。 (2)系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的,该实验中的系统误差是由于电压表的分流作用造成电流表读数即测量值总是比干路中真实电流值小,造成E测E真,r测r真。 答案:(1)A C E (2)电压表的分流作用,类型一,类型二,类型三,类型四,题后反思选择实验仪器的三个原则: (1)安全性原则,即一定要保证仪器的安全,对电表来讲不超量程,对滑动变阻器来讲不能超其额定电流。 (2)精确性原则,即要保证测量时读数精确,对电表来讲在不超量程的前提下,尽量选用小量程的,对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近。 (3)方便性原则,此原则主要针对滑动变阻器来讲,在滑动变阻器分压式接法中,在安全的前提下选最大阻值小的较方便,在滑动变阻器限流式接法中,选比待测电阻大几倍的较方便。,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,(2)根据图线得出电池的电动势E= V,根据图线得出的电池内阻r= 。 (3)若不作出图线,只选用其中两组U和I的数据,可利用公式E=U1+I1r1和E=U2+I2r2算出,这样做可能得出误差很大的结果,选用第 组和第 组数据,求得的E和r误差最大。,类型一,类型二,类型三,类型四,点拨:描点作图跟数学中的作图法相同,由于物理中使用的数据是实验测量,存在误差,所描的点并不严格地在一条直线上,作图的原则是该直线尽可能过更多的点,且其他点均匀分布在直线两侧。,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,题后反思作图线时应把个别不合理的数据排除,由直线与纵轴的交点可读出电动势E=1.45 V,再读出直线与横轴的交点的坐标(U,I),连同得出的E值代入E=U+Ir中可得出内阻,即直线的斜率。切记不要把图线与I轴的交点当作短路电流。,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,题后反思对误差的分析方法主要有两种:一是公式法,根据物理规律列出关系式,对比分析即可,本题就是采用此法;二是图象法,画出图象进行分析判断,本节实验的误差分析就采用此法。,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,(2)用图象法处理由你设计的实验得到的数据时,要使图线是直线如何建立坐标轴?如何进一步由图象求得待测电源的电动势E和内阻r? 点拨:测量电源的电动势和内阻的方法较多,不同的方法选择的实验电路和器材不同,但测量原理是一样的,都是闭合电路欧姆定律。,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,类型一,类型二,类型三,类型四,题后