实验：测定电池的电动势和内阻课件1(人教版选修3-1).ppt

10 实验：测定电池的电动势和内阻,一、实验目的 (1)知道测电源电动势和内电阻的设计原理和方法，会使用常见的基本仪器。 (2)通过对实验数据的收集处理，学会用“代数法”和“图像法”分析处理实验数据。 (3)培养用数学方法处理物理问题、发现物理规律的能力。,二、实验原理 实验的原理是闭合电路欧姆定律，其方法有： (1)公式法：如图甲所示,改变滑动变阻器的阻值,测出两组I、U的数据，从电流表、电压表中读出几组I和U值,由U=E-Ir可得 E=U1+I1r, E=U2+I2r,解得 多求几组E和r的值，算出它们的平均值。,(2)图像法：为减小实验误差,至少测出六组U和I值,且变化范 围要大些,然后在U-I图像中描点作图,由图线纵截距和斜率求 出E、 如图乙。 三、实验器材 待测电池一节,电流表(00.6 A)、电压表(0 3 V)各一个, 滑动变阻器一个,开关一个,导线若干。,四、实验过程 1.实验步骤 (1)接电路：确定电流表、电压表的量程，按图甲连接好电路，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)记录数据：闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑动触头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)用同样的方法，依次记录多组U、I值。 (4)断开开关S，拆除电路。 (5)作图像求值：以U为纵轴,I为横轴,将记录的电压、电流标在坐标图上,过这些点作一条直线,根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻。,2.数据处理 为减小测量误差,本实验常选用以下两种数据处理方法: (1)公式法 利用依次记录的多组数据(一般6组)，分别记录如表所示。 分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组分别解出E1、r1，E2、 r2，E3、r3，求出它们的平均值 作为 测量结果。,(2)图像法 以纵轴表示路端电压，横轴表示总电流， 建立直角坐标系，将所测多组相应的U、I 值进行描点，然后用平滑的曲线将各点连 接起来。由U=E-Ir知，U-I图像是一条斜 向下的直线，如图所示，直线与纵轴的交点表示电源电动势 E，与横轴的交点表示短路电流I0，图线的斜率的绝对值表示电 源的内电阻，即,【知识点拨】 实验的注意事项 (1)实验前必须把变阻器的滑片置于阻值最大的位置，以防出现烧坏电流表的事故。 (2)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应大些。 (3)实验中U取值不能太小，一般不得小于1 V，测得的U、I值不少于6组，且变化范围要大一些，解方程组求解E、r值时，取1、4组，2、5组，3、6组求解后，求平均值。 (4)画U-I图像时，要尽量使多数点落在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧。,(5)作U-I图像时，如果出现某组数据对应的点偏离直线较远， 就表明这组数据的偶然误差较大，可将该点舍去。 (6)纵坐标可不从零开始，直线的斜率等于电源内阻，计算内 阻时，要在直线上取两个较远点用 求出(横坐标必须从 零开始)。,【知识点拨】 实验的误差分析 (1)偶然误差 由于读数不准和电表线性不良引起误差。 用图像法求E和r时，由于作图不准确造成的误差。 测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化。 (2)系统误差 测电池的电动势和内电阻经常用实验原理中图甲所示的电路，由于电路中电压表的分流作用，电流表显示的数值就不等于流过电源的电流了(还应加上流过电压表的电流才等于流过电源的电流，其中RV为电压表的内阻)，由此造成了实验结果的误差。,1.在实验中为什么要选用旧电池? 提示：旧电池内阻较大，在实验时,电流变化时路端电压变化明显，测量时相对误差较小。 2.为什么在实验中电流不宜过大,且通电时间不宜过长? 提示：电池在大电流放电时极化现象较严重,电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,故长时间放电电流不宜超过0.3 A,短时间放电电流不宜超过0.5 A。因此实验中不宜将I调得过大,读电表的示数要快,每次读完后应立即断电。,3.在画U-I图像时，由于电源内阻很小，为了充分利用图像空间，电压轴数据常从某一不为零的数U0开始，这时图像与纵轴的截距是否还表示电动势？斜率的绝对值是否还表示电源的内阻？与I轴上的截距是否还表示短路电流？ 提示：由闭合电路欧姆定律U=E-Ir得，不论电压轴是否从零开始，只要电流轴从零开始，图像与纵轴的截距就表示电动势，斜率的绝对值就表示电源的内阻。但电压轴不从零开始时，图线与I轴上的截距不表示短路电流。,对实验原理的理解 【典例1】(2012重庆高考)某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势E和内阻r，并探究电极间距对E和r的影响。实验器材如图甲所示。,(1)测量E和r的实验方案：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U和流过电源的电流I，依据公式_，利用测量数据作出U-I图像，得出E和r。 (2)将电压表视为理想电表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在图甲中用笔画线代替导线连接电路。 (3)实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的U-I图像如图乙中(a)、(b)、(c)、(d)所示，由此可知：,在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势_(选填“增大”“减小”或“不变”)，电源内阻_(选填“增大”“减小”或“不变”)。 图线(c)对应的电源电动势E=_V，内阻r=_，当外电路总电阻为2 500 时，该电源的输出功率P=_mW。(均保留三位有效数字) 【思路点拨】解答本题需要把握以下几点： (1)伏安法测量电源电动势和内电阻的原理。 (2)电源的U-I图像斜率、纵轴截距的物理意义。,【解析】(1)根据闭合电路的欧姆定律可知，电源路端电压U、电源电动势E、电流以及内电阻r这几个物理量之间的关系是U=E-Ir。 (2)为了避免电流表的分压作用，电流表应该外接，也就是说，电压表要并联在电源两端。,(3)U-I图像纵轴截距表示电源电动势，从图像上看，纵轴截 距没有变化，因此电源的电动势不变。(a)、(b)、(c)、(d)的 斜率的绝对值依次增大，所以电源内电阻增大。对于图线 (c)，因为U=E-Ir，纵轴截距为0.975 V，在(c)上取两点，斜 率|k|= 所以电源电动势为0.975 V，内电阻为 478 ，外电阻R=2 500 时，电路电流 电源输出功率 P=I2R=0.32722 500 mW=0.268 mW,答案：(1)U=E-Ir (2)如图所示 (3)不变 增大 0.975 478 0.268,实验数据的处理 【典例2】(2012成都高二检测)滑动变 阻器R按图示的方式连接在电路中，开关 S闭合后，实验中记录的6组电流表的示 数I、电压表的示数U，如表所示。,(1)试根据这些数据在坐标纸上画出U-I图线。 (2)从图像上求出电源的电动势E_V，内电阻r_。(保留两位有效数字) (3)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_(选填“大”或“小”)。,【思路点拨】 解答本题应注意以下三点： (1)选择合适的标度，会在U-I图像中较为准确地描点、连线。 (2)根据截距、斜率的知识，通过图像求电源的电动势和内电阻。 (3)根据电压表的分流作用分析测量值与实际值的大小关系。,【解析】(1)根据表中的数据，选择合适的标度，作出U-I图像如图所示。 (2)由图可知，图线与纵轴的截距表示电动势E=2.6 V，图线的斜率的绝对值表示内阻 (3)由于电压表有分流作用，故电流表测得的电流小于通过电源的电流，由闭合电路欧姆定律可知，测得的电动势比实际值偏小。 答案：(1)见解析图 (2)2.6 1.0(0.901.1之间均对) (3)小,测电池的电动势和内电阻的其他方法 【典例3】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(R0=5 )一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图甲。,(1)在图乙的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接。 (2)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，示数如图丙所示，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。 (3)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)。 (4)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_(选填“大”或“小”)。,【解析】(1)电路图如图所示：,(2)读出：20 ；闭合S2后电阻箱才工作 (3)S1闭合、S2断开时：RV很大，可得：E=U1 S1、S2都闭合时： 代入数据得： 故r=0.69 (4)由于电压表不是理想电压表,所以外电路不能视为断路,电 路中有电流,电压表示