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31.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 0 3 15v b 电流表a 0 0 6 3a 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 读数与电流表读数之比作为测量值 这时结果的百分误差是 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 当滑动变阻器的阻值大