高考物理总复习课件人教版高中物理选修三《实验测定电池的电动势和内阻》专题讲解ppt课件

第五单元实验 测定电池的电动势和内阻 一 实验目的1 会用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻 2 进一步加深对闭合电路欧姆定律的理解 3 进一步熟练掌握 电压表和电流表的使用方法 二 实验原理本实验的依据是闭合电路的欧姆定律 实验电路如图1甲所示 二是图象法 根据E U Ir 改变电路的外电阻R 测出一系列的I和U值 作出U I图象 如图1乙 图象在U轴上的截距即为电源的电动势 直线的斜率的绝对值为内电阻 当式中的U I分别是电源正 负极间的电压 即路端电压 和通过电源的电流时 计算得到的便是真实值 若把两表示数代入原理式 计算得到的便是测量值 对于理想电表 电流表内 外接法的实质是一样的 三 实验器材电池 被测电源 电压表 电流表 滑动变阻器 开关 导线 坐标纸 四 实验步骤1 电流表用0 6A量程 电压表用3V量程 按图1甲连接好电路 2 把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端 3 闭合开关 调节变阻器 使电流表有明显示数并记录一组数据 I1 U1 用同样方法测量几组I U值 4 断开开关 拆除电路整理好器材 五 注意事项1 为了使电池的路端电压变化明显 电池的内阻宜大些 选用已使用过一段时间的1号干电池 2 干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 故长时间放电不宜超过0 3A 短时间放电不宜超过0 5A 因此 实验中不要将R调得过小 读电表示数要快 每次读完应立即断电 3 要测出不少于6组I U数据 且变化范围要大些 用方程组求解时 要将测出的I U数据中 第1和第4为一组 第2和第5为一组 第3和第6为一组 分别解出E r值再取平均值 4 在画U I图线时 要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧 个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑 这样 就可使偶然误差得到部分抵消 从而提高测量的精度 5 干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小 即不会比电动势小很多 这时 在画U I图线时 纵轴的刻度可以不从零开始 而是根据测得的数据从某一恰当值开始 横坐标I必须从零开始 但这时图线和横轴的交点不再是短路电流I短 不过图线与纵轴的截距仍为电动势 直线斜率的绝对值仍是电源的内阻 如图2所示 6 由于电流表内阻与干电池内阻接近 所以电流表应采用内接法 即采用图甲所示电路 六 误差分析1 每次读完电表示数没有立即断电 造成E r变化 2 测量电路存在系统误差 图3中I真 I测 IV 未考虑电压表的分流 图3所示电路中U真 U测 UA 未考虑UA 3 用图象法求E r时 作图不准确造成偶然误差 4 误差的两种分析方法 1 图象法对于图1甲 由于电压表的分流作用 所以实际通过电源的电流为电流表测得的电流与通过电压表电流之和 故有方程 七 减小系统误差的方法1 因电流表的内阻与电源的内阻相差不多 故用伏安法测电源电动势和内阻的实验应采用电流表内接电路 2 减小电压表的分流作用的方法主要有两种 1 选取阻值范围小而额定电流较大的滑动变阻器 2 在满足量程要求的前提下选取内阻较大的电压表 八 测电池电动势和内阻的其他方法1 用电阻箱 电流表测定 1 电路图如图5所示 2 原理 改变电阻箱阻值由E I1 R1 r 和E I2 R2 r 求出E r 为了准确可多测几组数据 求平均值 3 误差分析 未考虑电流表分压 而产生误差 即电动势的测量值等于真实值 而内阻的测量值大于真实值 2 用电阻箱 电压表测定 1 电路图如图6所示 例1 某同学采用如图7 1 所示的电路测定电池电动势和内电阻 已知干电池的电动势为1 5V左右 内阻为1 左右 电压表 0 3V 3k 电流表 0 0 6A 1 0 滑动变阻器有R1 0 10 2A 和R2 0 100 0 1A 各一只 1 在实验中滑动变阻器应选用 填 R1 或 R2 2 在图7 2 中用笔画线代替导线连接实验电路 3 这位同学测量时记录了5组数据 并将数据填入了下面表格中 请你根据这些数据在坐标纸上画出U I图线 根据图线求出电池的电动势E约为 V 内阻r约为 解析 掌握本实验的原理及误差分析 1 R2允许通过的最大电流为0 1A 不能满足实验的要求 再者为了实验中便于调节 滑动变阻器应选R1 2 实物接图如图8 1 所示 3 根据实验数据画出的U I图线如图8 2 所示 从图中可以看出 图线与纵轴的交点坐标约为1 47V 即电池的电动势约为1 47V 求得图线斜率约为0 47 即电池的内阻约为0 47 答案 1 R1 2 如图8 1 所示 3 U I图线如图8 2 所示1 470 47 高分通道本实验有学生易把电路图错误地设计成如图9所示 用该电路图做实验时电池内阻的测量误差很大 例2 2010年南通模拟 在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中 备有下列器材 A 干电池 电动势约为1 5V 内阻小于1 5 B 电流表G 满偏电流2mA 内阻10 C 电流表A 0 0 6A 内阻约0 1 D 滑动变阻器R1 0 20 10A E 滑动变阻器R2 0 100 1A F 定值电阻R3 990 G 开关 导线若干 1 为方便且能较准确地进行测量 应选用滑动变阻器 填写序号 2 请在下面的方框内画出利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验电路原理图 3 某同学根据他设计的实验测出了六组I1 电流表G的示数 和I2 电流表A的示数 请在图10所给的坐标纸上作出I1和I2的关系图线 4 根据图线可得 被测电池的电动势为 V 内阻为 解析 本题考查实验器材的选取 电路的设计和图象法处理实验数据及分析判断 创新能力 1 为便于调节 滑动变阻器不能太大 选D较合适 2 由于没有电压表 将G与R3串联作电压表使用 电路图如图11甲所示 3 描点作出I1 I2关系图线如图11乙所示 4 电流表G的示数与定值电阻R3与电流表G的内阻之和的乘积表示路端电压 所以I1 I2图线的纵截距与R3与电流表G的内阻之和的乘积即为电池的电动势 电源的电动势为1 48 10 3 10 990 V 1 48V 也可 1 47V 1 49V I1 I2图线的斜率的绝对值与R3跟rG之和的乘积即为电池的内阻r R3 rG 0 80 0 70 0 90 答案 1 D 2 如图11甲所示 3 如图11乙所示 4 1 48 1 47 1 49 0 80 0 70 0 90 例3 2009年北京卷 某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池 该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r 但是从实验室只借到一个开关 一个电阻箱 最大阻值为999 9 可当标准电阻用 一只电流表 量程Ig 0 6A 内阻rg 0 1 和若干导线 请根据测定电动势E和内电阻r的要求 设计图12甲中器件的连接方式 画线把它们连接起来 在图13上把描绘出的坐标点连成图线 根据图13描绘出的图线可得出这个电池的电动势E V 内电阻r 答案 见图14 见图15 见图15 1 5 1 46 1 54 0 3 0 25 0 35 1 用电流表和电压表测电源的电动势和内电阻 1 画出实验电路图 电源内阻很小 2 如图16所示是根据两个电源的测量数据绘制的图线 由图可知 图线与电压U轴的交点表示 电源 的内电阻 电源 的内电阻 填 大于 等于或小于 用此电路测得的电动势和内电阻比真实值 3 图中两直线 的交点表示两个电路中 相等 解析 1 电路图如图17 2 纵轴截距表示电源的电动势 直线的斜率表示电源内阻 线 比线 陡一些 故电源 的内电阻小于电源 的内电阻 测量值偏小 3 的交点表示外电路电压 电流都相同 说明外电路的电阻 电功率相同 答案 1 如图17 2 电动势小于偏小 3 外电路电阻和外电路消耗的电功率 2 利用伏安法测量干电池的电动势和内阻 现有的器材为 干电池 电动势约1 5V 符号电压表 量程1V 内阻998 3 符号电流表 量程1A 符号滑动变阻器 最大阻值10 符号电阻箱 最大阻值99999 9 符号单刀单掷开关一个 符号导线若干 1 设计测量电源电动势和内阻的电路 要求在图中标出电压表 电流表的接线柱的正负 2 为了满足本实验要求并保证实验的精确度 电压表量程应扩大为原量程的 倍 电阻箱的阻值应为 解析 1 电源电动势为1 5V 而电压表最大量程为1V 需将电压表扩大量程再用 故电压表应与电阻箱串联使用 设计电路如图18所示 答案 1 见解析图 2 2998 3 3 测量电源B的电动势E及内阻r E约为4 5V r约为1 5 器材 量程3V的理想电压表 V 量程0 5A的电流表 A 具有一定内阻 固定电阻R 4 滑动变阻器R 电键S 导线若干 1 在下面的虚线框中画出实验电路原理图 图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出 2 实验中 当电流表读数为I1时 电压表读数为U1 当电流表读数为I2时 电压表读数为U2 则可以求出E r 用I1 I2 U1 U2及R表示 答案 1 如图19 4 某同学采用如图20所示的电路测定电源电动势和内电阻 已知干电池的电动势约为1 5V 内阻约为2 电压表 0 3V 内阻约3k 电流表 0 0 6A 内阻约1 0 滑动变阻器有R1 10 2A 和R2 100 0 1A 各一只 1 实验中滑动变阻器应选用 填 R1 或 R2 2 在图21中用笔画线代替导线连接实验电路 3 在实验中测得多组电压和电流值 得到如图22所示的U I图象 由图可较准确地求出电源电动势E V 内阻r 解析 1 从R1 R2操作的方便性考虑 几乎没有区别 若从准确性 安全性上考虑 为了使测量范围较大 该电路的电流可达0 5A 而R2的额定电流只有0 1A 不满足安全性的要求 故应选R1 2 实验电路图如图23 答案 1 R1 2 如图23 3 1 481 79 5 现有一特殊电池 它的电动势E约为9V 内阻r约为40 已知该电池允许输出的最大电流为50mA 为了测定这个电池的电动势和内阻 某同学利用如图24甲所示的电路进行实验 图中电流表的内阻RA已经测出 阻值为5 R为电阻箱 阻值范围0 999 9 R0为定值电阻 对电路起保护作用 1 实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格 A 10 B 50 C 150 D 500 本实验选用哪一种规格的定值电阻最好 答 2 该同学接入符合要求的R0后 闭合开关S 调整电阻箱的阻值 读取电流表的示数 记录多组数据 作出了图乙所示的图线 则根据该同学作出的图线可求得该电池的电动势E V 内阻r 答案 1 C 2 1045 6 甲同学设计了如图25所示的电路测电源电动势E及电阻R1和R2的阻值 实验器材有 待测电源E 不计内阻 待测电阻R1 待测电阻R2 电压表V 量程为1 5V 内阻很大 电阻箱R 0 99 99 单刀单掷开关S1 单刀双掷开关S2 导线若干 1 先测电阻R1的阻值 请将甲同学的操作补充完整 闭合S1 将S2切换到a 调节电阻箱 读出其示数r和对应的电压表示数U1 保持电阻箱示数不变 读出电压表的示数U2 则电阻R1的表达式为R1 7 2010年山东聊城模拟 某同学设计了一个如图27所示的实验电路 用以测定电源电动势和内阻 使用的实验器材为 待测干电池组 电动势约3V 电流表 量程0 6A 内阻小于1 电阻箱 0 99 99 滑动变阻器 0 10 单刀双