测定电池的电动势和内阻.doc

第九节 实验：测定电池的电动势和内阻一、学习目标1. 学习测量电源电动势和内阻的方法，掌握科学测量的步骤2. 知道实验原理，学会科学处理实验数据的方法公式法和图像法3. 了解实验中的误差来源，了解用不同方法测量得出结果E和r的误差分析.二、自主研习1利用电流表和电压表测电池的电动势和内阻所依据的公式是 ，需要测量的物理量有 在图中所示的两种电路中应选择的是 电路2用作图法求电池的电动势和内阻，作UI图象时，在坐标图上以 为横坐标，以 为纵坐标，作出图象后，把这条直线用虚线延长，这条直线与纵轴交点的物理意义是 ，与横轴交点的物理意义是 ，直线的斜率的物理意义是 ，由此可以看出，用图象法处理实验数据的优点是 ，但要求在测量数据准确的基础上作图象时必须严格认真，且使大多数的点在这一直线上，不在这一直线上的点大致均匀地分布在直线的两侧，才能从图中找出正确的结论和准确的答案主要仪器原理电路图电压表电流表变阻器电压表变阻箱电流表变阻箱三、要点探究1、实验原理：闭合电路的欧姆定律。2、测电源E、r的几种方法和电路连接图讨论：若给出下列选项E、F是否同样可以达到上述实验目的？E一只电流表，两个定值电阻F一只电压表，两个定值电阻 解析： E、F都可以达到实验目的，若用一个电流表和两个定值电阻，电路如图所示，关系式：EI1R1I1r EI2R2I2r结果 若用一个电压表和两个定值电阻，电路图如图所示关系式同学们自己去推。3、实验步骤 (1)恰当选择实验器材，照图连好实验仪器，使开关处于断开状态且滑动变阻器的滑动触头滑到使接入电阻值最大的一端(2)闭合开关S，接通电路，记下此时电压表和电流表的示数(3)将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动至某位置，记下此时电压表和电流表的示数(4)继续移动滑动变阻器的滑动触头至其他几个不同位置，记下各位置对应的电压表和电流表的示数(5)断开开关S，拆除电路(6)在坐标纸上以U为纵轴，以I为横轴，作出UI图像，利用图像求E、r. 4、测量数据处理法为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法(1) 代数法利用U、I值多求几组E和r的值，算出它们的平均值(2) 图象法以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，此时可大致看到，UI图象是一条斜向下的直线如图所示 纵轴的截距等于电源的电动势E；横轴的截距等于外电路短路时的电流 直线斜率的绝对值等于电源的内阻即5、注意事项 (1)电流表要与变阻器靠近，即电压表直接测量电源的路端电压 (2)选用内阻适当大一些的电压表 (3)两表应选择合适的量程，使测量时偏转角大些，以减小读数时的相对误差 (4)尽量多测几组U、I数据(一般不少于6组)，且数据变化范围要大些 (5)做UI图像时，让尽可能多的点落在直线上，不落在直线上的点均匀分布在直线两侧下图所示的甲、乙、丙表示电源两极间电压与流过该电源的电流的图线，问：甲、乙、丙三条图线所对应的电源电动势和内电阻分别为多少？答案：甲：E11.5V；r11.5.乙：E21.5V；r20.5丙：E31.5V；r30.75 四、走出误区误区1：测量一节干电池内阻，为什么所用电池最好选择旧一些的电池点拨：根据闭合电路欧姆定律，由于电源内阻比较小，在调节滑动变阻器的时候，路端电压变化不明显旧电池相对于新电池内阻较大，这样调节滑动变阻器时，路端电压变化就稍微明显一些，这样便于作图所以，在测量一节干电池的时候，最好选择旧一些的电池有些时候，为了使电池的内阻增大一些，我们还可以这样处理：在电路中串连一个定值电阻，作为电源的内阻 误区2：为什么用UI图象处理数据点拨：两次改变电阻箱的电阻值，得到两组(U，I)，分别为(U1，I1)、(U2、I2)，代入EUIr，解方程组就可以算出电源的电动势和内阻这样虽然简单，误差却可能很大以I为横坐标、U为纵坐标建立直角坐标系，为了减小误差，可以多测几组I和U的数据根据几组I和U的数据在坐标系中描点此时可以大致看到这些点呈直线分布找到直线与两坐标轴的交点就可以求电源的电动势和内阻了它与求平均值的方法本质是一样的，但比较简单，也更直观误区3：为什么作UI图象时，往往纵坐标不从零开始点拨：由于干电池内阻较小，调节R时U的变化比较小，如果横轴和纵轴坐标都从零开始，则图象中描出的点分布的空间比较小，下面大面积空间得不到利用，所描的点及作出的图线误差较大为此我们可以使纵坐标不从零开始，把纵坐标按比例放大，可使实验结果误差较小此时电源的内阻只能用 计算五、题型设计题型1实物连接问题如下图所示，是测量两节干电池组成的串联电池组的电动势和内电阻的实验所用器材，用实线将它们连成实验电路解析：首先画出实验电路图，依据电路图连接实物图如图所示因为待测电源电动势为3V，所以电压表选用03V的量程；干电池的额定电流一般小于1A，在0.5A左右，因此电路中的电流不宜超过0.5A，所以电流表应选用00.6A的量程；还有一点，应注意开关闭合前，要使变阻器接入电路的阻值尽量大些，保护电流表，以防烧毁点评：连接实物电路图时，要注意以下几点：(1)先画出电路图，这是连接实物图的依据(2)先连接干路，再连接支路(3)注意电源的正负极，电表的正负接线柱，电表量程的选择以及滑动变阻器 题型二实验数据的处理组别123456电流I/A0.120.200.310.320.500.57电压U/V1.371.321.241.181.101.05 (2009南京高二检测)用电流表和电压表测定电池的电动势E和内电阻r，所用电路如下图(a)所示，一位同学测得的6组数据如下表所示. (1)试根据这些数据在下图(b)中作出UI图线(2)根据图线求出电池的电动势E_V，电池的内电阻r_.(3)若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，用公式EUIr列方程求E和r，这样做可能得出误差很大的结果，其中选用第_组和第_组的数据，求得的E和r误差最大解析：本题考查用作图法处理实验数据作图线时应使尽可能多的点落在直线上，个别偏离太大的点应舍去，图线如下图所示由图线与纵轴的交点可得电动势E1.46V，再读出图线与横轴交点的坐标(1.00,0.64)，由EUIr得r0.72.(3)由图线可以看出第四组数据点偏离直线最大，应舍去，若选用第3组和第4组数据求E和r，相当于过图中3和4两点作一直线求E和r.而此直线与所画的直线偏离最大，所以选用第3组和第4组数据求得的E和r误差最大答案：(1)见解析图(2)1.460.72(3)34点评：(1)实验中所得的电压U的值集中在1.00V1.50V之间，因此作图时，灵活地进行了移轴，使描出的点分布区域扩大，方便了作图，也提高了数据处理和实验结果的准确性(2)画UI图像之前，应明确画出的是一条直线，切忌画成曲线或折线(3)也可用斜率求出内阻(4)此时图线与横轴交点不再表示短路电流题型三对实验原理的理解及实验设计 (2009常熟高二检测)在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：A待测干电池(电动势约为1.5V，内阻小于1.0)B电流表G(满偏电流Ig3mA，内阻Rg10)C电流表A(00.6A，内阻0.1)D滑动变阻器R1(020，10A)E滑动变阻器R2(0200，1A)F定值电阻R0(990)G开关和导线若干(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了图甲中的a、b两个参考实验电路其中合理的是图_所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能较准确的进行测量，滑动变阻器应选_(填写器材的字母代号)(2)图乙为该同学根据(1)中选出的合理实验电路，利用测出的数据绘出的I1I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，则由图线可得被测电池的电动势E_V，内阻r_.解析：(1)电路a中电流表A和定值电阻R0组成的电压表量程为0.6990.1V594V，而电源电动势仅约为1.5V，所以电路a不合理，电路b合理，电源的内阻较小，又滑动变阻器采用限流式