辽宁省大连市高中物理 第2章 恒定电流 2.10 实验：测定电池的电动势和内阻课件 新人教版选修3-1.ppt

这是常用的电池，你知道怎样测得它的电动势和内阻吗？,本节我们将学习它们的测量方法。,这是一个测量电源电动势和内阻的装置。,第二章恒定电流,第九节实验：测定电池的电动势和内阻,学会用U-I图线处理数据的方法。,掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法。,1.知识与能力,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。,经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图象合理外推进数据处理得方法。,2.过程与方法,3.情感态度与价值观,培养学生探究实验的热情，并引领提高其理论与实践相结合的能力。,提高学生观察并独立思考的能力，让其在今后生活中都受益匪浅。,重点：,难点：,1.实验原理,2.实验方法,3.数据处理,1.实验原理,有多种方法可以测量电池的电动势和内阻，在这里我们介绍三种，方法如下。,测出两组U、I的值，就能算出电动势和内阻。,1、根据E=U外+Ir,如右图中，电源电动势E、内电阻r，与路端电压U外、电流I的关系式就是E=U外+Ir,如果能测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，于是能够从中解出E和r。因此，用电压表、电流表加上一个可以改变的电阻，就能测定电源的电动势E和内阻r。,2、根据E=IR+Ir,测出两组I、R的值，就能算出电动势和内阻。,如果能得到I、R的两组数据，也可以得到关于E和r的两个方程，于是能够从中解出E和r。这样，用电流表、电阻箱也可以测定电源的电动势和内阻。,3、根据,测出两组U、R的值，就能算出电动势和内阻。,如果能得到U、R的两组数据，同样能通过解方程组求出E和r。这样，除了以上两个方法外，还可以用电压表、电阻箱来测定电源的电动势和内阻。,下面我们根据第一种方法进行一次推论：,1.根据闭合电路欧姆定律E=U外+Ir，则路端电压U外=E-Ir.,2.改变负载电阻，可得到不同的路端电压.,E，r不变,负载R增大,电流I减小,U内减小,U外增大,3.在电路中接入的负载电阻分别是R1、R2时，对应的在电路中产生的电流为I1、I2，路端电压为U1、U2，则代入，可获得一组方程：,其他两种也可以根据上述方法推导，在这里我们就不一一介绍了。请同学们课下一定要自己推导一遍。,从而计算出：,把较粗的铜丝和铁丝相隔约几毫米插入马铃薯或苹果中，就制成了一个水果电池（铜丝和铁丝相距越近、插入越深，电池的内阻就越小），铜丝是电池的正极，铁丝是负极。我们来测水果电池的电动势和内阻。现在以“实验原理”中的第一个思路为例，说明实验的方法。这个方法的特点是简单明了，而且便于通过作图处理数据，缺点是要同时使用两个电表来测量电流和电压。,2.实验方法,如下图所示，把可变电阻R设在某一较大阻值，闭合开关后用直流电压挡测出电阻两端的电流。把电压值和电流值记录在预先绘制的表格中。,减小电阻，通过它的电流随之增大。这样又获得电压和电流的另一组数据。与此类似，可以得到多组电压、电流值，然后用以下方法处理数据，求得电源电动势E和内阻r。,如果认为水果电池不太稳定，也可改为测量干电池的电动势和内阻。接下来让我们做一下测量干电池的电动势和内阻的实验。,用水果电池做这个实验的优点是它的内阻比较大，容易测量。但任何电池在使用过程中，由于化学反应正极附近都会析出气体，在一定程度上使电极与电解质溶液（水果电池中就是果汁）隔离，明显地改变了内阻，水果电池尤其是这样。所以测量前要做好充分的准备，测量尽量迅速，使得内阻发生较大变化之前结束测量。,实验,上面我们已经具体介绍，在这里就不多说了。,伏特表、安培表、滑动变阻器、电键、导线、被测电池,(1)连接电路，开始开关应处于断开状态,滑动变阻器阻值调到最大.,(3)闭合电键，调节滑动变阻器滑片的位置，读出电流I、电压U的值,重复5次,列表记录.,(2)检查:电表的指针是否指零量程选择合适,(4)整理好器材，利用公式或U-I图象处理记录的数据，求出电源的E和r.,(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。,(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。,用两组I和U的数据，代入E=U+Ir中，解方程组可以算出电池的电动势E和内阻r。这样做虽然简单，误差却可能很大。为了减小误差，可以多测几组I和U的数据，分别列出若干组联立方程，求出若干组E和r，最后以E的平均值和r的平均值作为实验结果。这个方法的误差只比两组I、U的数据求得的结果的误差要小。这里介绍另一种方法，它也能减小结果的误差，而且更简便、更直观。,3.数据处理,把E=U+Ir改写成U=-rI+E，其中r、E分别是电池的内阻和电动势，对于一个电池来说是常量；而对不同的几次测量来说，U、I各不相同，是变量。所以此式可以看做一个一次函数的表达式，它的U-I图象是一条直线。以I为横坐标、U为纵坐标建立直角坐标系，根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点。此时可以看到这些点大致呈直线分布。如果发现个别明显错误的数据，应该把它剔除。用直尺画一条直线，使尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的点能大致均衡地分布在直线两侧，这条直线就能较好地代表U-I关系。,这条直线与U坐标轴的交点表示I=0，属于断路的情况，这时的电压U等于电源的电动势。这条直线与I纵坐标的交点表示U=0，属于短路的情况，根据短路电流I短跟电源内阻r、电动势E的关系，可以求出电源的内阻r。,1.实验原理,1、根据E=U外+Ir,2、根据E=IR+Ir,3、根据,2.实验方法,把较粗的铜丝和铁丝相隔约几毫米插入马铃薯或苹果中，就制成了一个水果电池（铜丝和铁丝相距越近、插入越深，电池的内阻就越小），铜丝是电池的正极，铁丝是负极。测量干电池的电动势和内阻的具体实验。,3.数据处理,以I为横坐标、U为纵坐标建立直角坐标系，根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点。此时可以看到这些点大致呈直线分布。如果发现个别明显错误的数据，应该把它剔除。用直尺画一条直线，使尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的点能大致均衡地分布在直线两侧，这条直线就能较好地代表U-I关系。,1在测定电源电动势和内电阻的实验中，为使实验效果明显且不会损害仪器，应选择下列电源中（）,A内阻较大的普通干电池B内阻较小的普通干电池C小型交流发电机D小型直流发电机,A,2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,CD,3如图示的电路中，R1、R2为标准电阻，测定电源的电动势和内阻时，如果偶然误差可以忽略不计，则电动势的测量值真实值，内阻的测量值真实值，产生误差的。,电流表本身有电阻,4用伏安法测一节干电池的电动势和内电阻r，所给的器材有:(A)电压表V:0315V；(B)电流表A:00.63A；(C)变阻器R1(总电阻20)；(D)变阻器R2(总电阻100)；以及电键S和导线若干.(1)画出实验电路图(标明变阻器规格).(2)如图所示的U-I图上是由实验测得的7组数据标出的点，请你完成图线，并由图线求出=_V，r=_.(3)若只选用两组数据，用欧姆定律算出、r，有可能误差较大.若选用第_和第_组数据误差最大.,1.5,0.5,6,5,上题图,电路如图,20%,提示,5%,（1）通过电压表的电流通过Rx的电流,Rx的实际阻值Rx的测量值结果百分误差（2）同理可得电流表改为内接时，结果百分误差=5%。,2.答：因蓄电池的电动势为2V，故电压表量程应选3V挡。若定值电阻取10，则电路中电流最大不超过0.2A，电流值不到电流表量程的1/3，不利于精确读数，故定值电阻只能取1。,1.答：该实验方案的主要缺点是，将路端电压和电流分两次测量。由于电表内阻的影响，两次测量时电路并不处于同一状态，也就是说，测得的电流值，已不是测电压时电路中的电流值了。另外，在测量中需要不断改变电路，操作也不方便。,若电流表量程选3A，为了便于读数（应使指针半偏及以上），电流需在1.5A以上。这样，电路的总电阻应在1.33以下，变化范围太小，不利于滑动变阻器操作，所以电流表量程应选0.6A。当滑动变阻器的