测定电池的电动势和内阻.ppt

,恒定电流,第二章,E-mail: ,选修31,南昌一中物理组：xjm 2012.10.31,第10节：测定电池的电动势和内阻,一、实验方案,方案一：伏安法,用电压表、电流表加一个可变电阻（如滑动变阻器），就能测定电源的电动势和内阻。 测出两组_值，就能算出电动势和内阻。 原理公式：_。,方案一,U、I,E=U+Ir,E=U1+I1r,E=U2+I2r,实验方案,方案二：安阻法,用电流表、电阻箱测量。 测出两组_值，就能算出电动势和内阻。 原理公式：_。,方案二,I、R,E=IR+Ir,方案三：伏阻法,用电压表、电阻箱测量。 测出两组_值，就能算出电动势和内阻。 原理公式：_。,方案三,U、R,实验方案,二、（UI法）电路和器材的选择,1、电路选择及误差分析,甲图：误差来源于电压表的分流作用。,U真=U测,E = U + Ir,测量值,E测,真实值,E真,E测E真 r测 r真,适宜测小内阻电源。,二、（UI法）电路和器材的选择,1、电路选择及误差分析,乙图：误差来源于电流表的分压作用。,E = U + Ir,U真=U测 +IRA,I真=I测,测量值,E测,真实值,E真,E测=E r测= rRA r,适宜测大内阻电源。,电源内阻较小时，图乙内阻的测量误差很大；应采用甲图电路测量E、r。,仪器的选择,电路设计的三个基本原则：安全性、精确性和可操作性原则.,1电流表和电压表的选择？（选电流表或者电压表实际上就是选量程.）,选量程有二条原则： 不要超过量程；务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的2/3），电表达不到满偏的1/3是不允许的.,2滑动变阻器的选择 既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，当其阻值大于用电器的阻值时用限流电路调节电路的电压(电流)比较方便；当其阻值小于用电器的电阻时用分压电路调节电路的电压(电流)比较方便,2、器材选择：,被测干电池：内阻较大,安培表（ 00.6A）,伏特表（ 03V）,滑动变阻器： 选用阻值较小的，最大阻值1020,电键和导线,三、实验步骤,1、按原理图连接实物图,2、在电键闭合前，滑动变阻器滑片应置于阻值最大位置处。,实验步骤,1、按原理图连接实物图,3、闭合电键，调节变阻器，使电流表的读数有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几组U、I值。,4、断开电键，整理好器材。,四、数据处理,方法一：公式法,改变R的阻值，从电流表和电压表中读取两组I、U的值，代入方程组联立求解，多测量几次I、U的值，算出E、r取平均值。,E=U1+I1r,E=U2+I2r,、数据处理,方法二：图象法,示例1：一位同学记录的6组数据见表。试根据这些数据在下图中画出UI图线，并根据图线读出电池的电动势E=_，电池的内阻 r =_ .,E等于U轴截距,1.48V,r等于直线的斜率的绝对值.,0.74,五、注意事项,1、本实验在电键闭合前，变阻器滑片应置于阻值最大位置处.,2、使用内阻较大一些的旧电池. 在实验中不要将电流调得太大，每次读完数后立即断电，以免使电动势和内阻发生变化.,3、要测出6组I、U数据，且变化范围要大一些.,4、画U-I图线时，应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去.,注意事项,(1)电池的选择: 为使实验中U随I的变化明显，应选用内阻较大的电池，可以用旧些的干电池，但过旧的电池虽然内阻大，但电动势不稳定，也不宜使用.,(2)防止电池极化: 电路中的电流较大时电池极化现象比较严重，会导致电动势明显下降和内阻明显增大. 因此通电时间越短越好，读完数据立即切断电源，要特别注意测量时绝不允许负载短路.,注意事项,(3)作U-I图象时的注意点: 用作图法时，滑动变阻器阻值应在几欧至几十欧的较大范围内变化，使各组数据差别大些，实验数据要多取几组， 由于读数等偶然误差的存在，描出的点不完全在同一直线上,【示例2】：在用伏安法测电池的电动势和内电阻的实验中，下列注意事项中错误的是（ ） A应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显 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根据实验记录的数据作UI图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧,【解析】：选B. 该实验电流表的内阻对实验没有影响，电压表的内阻对实验有影响，电压表的内阻越大，实验的误差越小，故应选内阻较大的电压表,B,“测定电池的电动势和内阻”注意事项,【习题1】（09安徽）用如图所示的电路，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： (a)电流表(量程0.6A、3A)； (b)电压表(量程3 V、15V)； (c)定值电阻(阻值1、额定功率5 W)； (d)定值电阻(阻值10，额定功率10W)； (e)滑动变阻器(阻值范围010、额定电流2A) (f)滑动变阻器(阻值范围0100 、额定电流1A) 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_的定值电阻，R应选 择阻值范围是_的滑动变阻器。 (2)引起该实验系统误差的主要原因是_。,考点一：实验的理解和应用,3,0.6,1,010,电压表的分流,考点一：实验的理解和应用,【解析】：由于电源是一节干电池(1.5 V)，所以选量程为3V的电压表； 估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几欧左右，加上保护电阻，最大电流在0.5 A左右，所以选量程为0.6 A的电流表； 电池内阻很小，保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取010 能很好地控制电路中的电流和电压，若取0100 会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。 关于系统误差一般是由测量工具和所用测量方法造成的。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测E真，r测r真。,【习题2】（2011四川）为测量一电源的电动势及内阻， 在下列三个电压表中选一个改装成量程为9V的电压表 A量程为1V、内阻大约为1k的电压表 B量程为2V、内阻大约为2k的电压表 C量程为3V、内阻为3k的电压 选择电压表_串联_k的电阻可以改转成量程为9V的电压表；,【解析】：V1、V2的内阻不确定，故应选择V3行改装，串联电阻R=6k,6,考点二 测电动势和内阻的其他方法,利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号 V1、V2或V3与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表)，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图,【解析】：实验原理为：,根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50 V时，电阻箱的阻值为15.0 ；电压表示数为2.00 V时，电阻箱的阻值为40.0 ，则电源的电动势E_V，内阻r_.,10,7.5,析：电压表示数为1.50V时，路端电压为U1=4.50V，电阻箱值为R1=15.0； 由闭合电路欧姆定律，E=U1+ U1r/ R1； 电压表示数为2.00V时，路端电压为U2=6.00V，电阻箱的阻值为R2=40.0， 由闭合电路欧姆定律，E=U2+ U2r/ R2； 联立解得E=7.5V，r=10。,【习题3】某研究性学习小组利用图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-1/I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=_V，r= _.,考点二 测电动势和内阻的其他方法,解析： E=I(R+r）,R= E/I - r,在R1/I图线中，斜率等于电动势的数值， E=(10+0.9)/3.8=2.9V,2.9,0.9,甲,截距的绝对值等于内阻的数值, r=0.9,五、实验设计,设计测E、r的其它方法及对应的误差分析,I-R法：,（1）电路如图所示,（2）主要步骤 改变电阻箱阻值R，测出对应的电流I 由：E=I1R1+I1r， E=I2R2+I2r）,求出电源的电动势和内阻,误差分析：未考虑电流表分压，而产生误差即电动势测量值等于真实值，而内阻测量值大于真实值,若测出多组I、R值，以R为纵坐标，1/I为横坐标，作出R1/I图象:,由：E=IR+Ir,可知这条图线是直线，直线在纵轴的截距（r），图线的斜率E=tan。,实验设计,设计测E、r的其它方法及对应的误差分析,U-R法：,（1）电路如图所示,（2）主要步骤 改变电阻箱阻值R，测出对应的电压U。,求出电源的电动势和内阻,误差分析：未考虑电压表分流而产生误差即电动势的测量值小于真实值，内阻的测量值小于真实值,根据测定的各组1/U、1/R值在坐标上描出位置，然后依据这些位置作出 1/U1/R图线 。,图线是一条直线；,由 ，得：,斜率是,纵轴截距是电动势的倒数。,【习题1】：在测定电源的电动势和内阻的实验中，待测电池、开关和导线配合下列哪组仪器，可以达到测定目的 （ ） A. 一只电流表和一个滑动变阻器 B. 一只电流表和一只电压表 C. 一只电流表和一个电阻箱 D. 一只电压表和一个电阻箱,课堂训练：,C D,（伏安法）,（安阻法）,（伏阻法）,【习题2】：如图是测量电源内电阻的电路，下列关于误差的说法，正确的是（ ） A .由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值小于真实值 B. 由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值大于真实值 C. 由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值小于真实值 D. 由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值大于真实值,解： E = U + Ir ， I=(IA +U/RV) ，由于电压表的分流作用，对于每个电压值U1 ，测得的电流IA小于总电流I1，U越大，I A跟I1相差越大， 画出的图线应为实线所示：,所以内电阻的测量值小于真实值。,C,【习题3】：（2010广东）某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻(R05 )一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图(a)在图(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接,考点一：实验的理解和应用,（b）,请完成下列主要实验步骤： A检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图(c)所示，读得电阻值是 _； B将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49 V； C将开关S2 _，电压表的示数是1.16 V；断开开关S1. 使用测得的数据，计算出干电池的内阻是 _(计算结果保留两位有效数字),由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏_(填“大”或“