高中物理 第二章 恒定电流 第13讲 实验：测定电池的电动势和内阻课件 新人教版选修31.ppt

第13讲实验 测定电池的电动势和内阻 第二章恒定电流 1 知道测定电池的电动势和内阻的实验原理 2 通过实验过程 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 尝试分析电池电动势和内阻的测量误差 了解测量中减小误差的方法 目标定位 栏目索引 实验 测定电池的电动势和内阻 对点检测自查自纠 实验 测定电池的电动势和内阻 一 实验原理和方法1 伏安法 由e u ir知 只要测出u i的数据 就可以列出两个关于e r的方程 从而解出e r 用到的器材有 电路图如图1所示 图1 两组 电池 开关 滑动变 阻器 电压表 电流表 答案 2 安阻法 由e ir ir可知 只要能得到的两组数据 列出关于e r的两个方程 就能解出e r 用到的器材有 电路图如图2所示 3 伏阻法 由e u 知 如果能得到的两组数据 列出关于e r的两个方程 就能解出e r 用到的器材是 电路图如图3所示 图2 图3 i r 电池 开关 电阻箱 电流表 u r 电池 开关 电阻箱 电压表 答案 二 实验步骤 以伏安法为例 1 电流表用0 0 6a量程 电压表用0 3v量程 按实验原理图连接好电路 如图1 2 把滑动变阻器的滑片移到一端 使其阻值最 3 闭合开关 调节滑动变阻器 使电流表有明显的示数 记录一组数据 i1 u1 用同样的方法测量几组i u值 4 断开开关 整理好器材 5 处理数据 用公式法和图象法这两种方法求出电池的电动势和内阻 大 答案 三 实验数据的处理 可以利用u i的值多求几组e r的值 算出它们的平均值 2 作图法 1 本实验中 为了减少实验误差 一般用图象法处理实验数据 即根据多次测出的u i值 作u i图象 2 将图线两侧延长 纵轴截距点意味着断路情况 它的数值就是 电池 电动势e 答案 3 横轴截距点 路端电压u 0 意味着短路情况 它的数值就是 4 图线斜率的绝对值即电池的 即r 如图4所示 图4 短路电流 内阻r 答案 四 注意事项1 为使电池的路端电压有明显变化 应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表 2 实验中不能将电流调得过大 且读数要快 读完后立即切断电源 防止干电池因大电流放电时间过长导致发生明显变化 3 当干电池的路端电压变化不很明显时 作图象 纵轴单位可取得小一些 且纵轴起点可不从零开始 如图5所示 此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势e 但图线与横轴交点不再是短路电流 内阻要在直线上取较远的两点用r 求出 图5 内阻r 答案 五 误差分析1 偶然误差 主要来源于电压表和电流表的读数以及作u i图象时描点不准确 2 系统误差 主要原因是电压表的分流作用 使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏一些 u越大 电流表的读数与总电流的偏差就越 将测量结果与真实情况在u i坐标系中表示出来 可以得到e测e真 r测r真 小 大 答案 例1在 用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻 的实验中 1 备有如下器材a 干电池1节b 滑动变阻器 0 20 c 滑动变阻器 0 1k d 电压表 0 3v e 电流表 0 0 6a f 电流表 0 3a g 开关 导线若干其中滑动变阻器应选 电流表应选 只填器材前的序号 解析滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好 在该实验中因干电池内阻比较小 故滑动变阻器选择较小一点的即可 故滑动变阻器应选b 也可以从便于调节的角度来分析 应该选择阻值较小的滑动变阻器 电流表的量程要大于电源允许通过的最大电流 对于干电池来讲允许通过的最大电流一般是0 5a 故需要选择0 0 6a 所以电流表应选e b e 解析答案 2 为了最大限度的减小实验误差 请在虚线框中画出该实验最合理的电路图 解析电路图如图所示 答案见解析图 解析答案 3 某同学根据实验数据画出的u i图象如图6所示 由图象可得电池的电动势为 v 内阻为 图6 1 5 1 解析答案 4 写出该实验误差的原因 电动势的测量值 真实值 内阻的测量值 真实值 填 大于 等于 或 小于 解析由于电压表的分流作用 使电流表读数总是比干路电流小 造成e测 e真 r测 r真 电压表的分流 小于 小于 解析答案 例2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7 a 1 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 答案如图所示 答案 图7 2 请完成下列主要实验步骤 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 将开关s1闭合 开关s2断开 电压表的示数是1 49v 将开关s2 电压表的示数是1 16v 断开开关s1 解析由题图 c 读得电阻箱阻值为r 20 将s1闭合 s2断开 电压表示数为电源电动势e 1 49v 将s2再闭合 电压表示数为电阻箱r两端电压 将电压表视为理想电表 则干路电流i 0 058a 20 闭合 解析答案 3 使用测得的数据 计算出干电池的电动势是 内阻是 计算结果保留两位有效数字 1 49v 0 69 解析答案 方法点拨 方法点拨 1 外电路断路时外电压等于电动势 即例2中s2断开时电压表示数为电动势 2 不管哪种方法 测电动势和内阻的原理都是闭合电路的欧姆定律 例3某研究性学习小组利用如图8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 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 r 图8 解析由欧姆定律有 由此知图线的斜率为电动势e 纵轴截距大小为内阻r r 1 2 8v 2 7 2 9v均可 1 返回 解析答案 总结提升 总结提升 本题依据的基本公式e ir ir 并给出了r 图象 体现了物理实验数据的 化曲为直 的思想 首先由e ir ir变形得出r r 然后分析图象的截距和斜率的意义 得到结论 返回 对点检测自查自纠 1 2 1 用电流表和电压表测定电池的电动势e和内阻r 所用电路如图9 a 所示 一位同学测得的六组数据如下表所示 图9 1 2 1 试根据这些数据在图 b 中作出u i图线 解析作图线时应使尽可能多的点落在直线上 个别偏离太远的点应舍去 图线如图所示 答案见解析图 解析答案 1 2 2 根据图线求出电池的电动势e v 电池的内阻r 1 45 0 69 解析由图线与纵轴的交点可得电动势e 1 45v 再读出图线与横轴交点的坐标 0 65 1 00 由e u ir得r 0 69 解析答案 1 2 2 某学习小组的同学设计了如图10所示的电路来测量定值电阻r0的阻值 约为几欧到十几欧 及电源的电动势e和内阻r 实验器材有 待测电源 待测电阻r0 电流表a 量程为0 6a 内阻不计 电阻箱r 0 99 9 开关s1和s2 导线若干 图10 1 2 1 先测电阻r0的阻值 请将学习小组同学的操作补充完整 先闭合s1和s2 调节电阻箱 读出其示数r1和对应的电流表示数i 然后 使电流表的示数仍为i 读出此时电阻箱的示数r2 则电阻r0的表达式为r0 解析器材中只有电流表而没有电压表 无法由伏安法求出电阻 故只能利用电阻箱得出待测电阻的阻值 当电路中电流相同时 电阻也应相同 因此可以控制电流相等 利用电阻箱的电阻 得出待测电阻的阻值 因此缺少的步骤应为 断开s2 调节电阻箱的阻值 使电流表的示数仍为i 而待测电阻等于两次电阻箱的示数之差 即 rx r1 r2 断开s2 调节电阻箱的阻值 r1 r2 解析答案 1 2 2 同学们通过上述操作 测得电阻r0 9 5 继续测电源的电动势e和内阻r 该小组同学的做法是 闭合s1 断开s2 多次调节电阻箱 读出多组电阻箱示数r和对