高中物理第十二章电能能量守恒定律3电池电动势和内阻的测量课件新人教版必修第三册

3.实验:电池电动势和内阻的测量一、实验目的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_____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。实验自主学习图像二、实验器材在不同的思路中需要的实验器材略有不同,分别如下:方法1:待测电池一节,电流表、电压表各一个,滑动变阻器一个,开关一个,导线若干,坐标纸。方法2:待测电池一节,电流表一个,电阻箱一个,开关一个,导线若干。方法3:待测电池一节,电压表一个,电阻箱一个,开关一个,导线若干。三、实验原理与设计1.实验的基本思想——伏安法。2.实验原理:(1)伏安法:由_______知,只要测出U、I的两组数据,就可以列出两个关于E、r的方程,从而解出E、r,用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表。(2)安阻法:由________可知,只要能得到I、R的两组数据,列出关于E、r的两个方程,就能解出E、r,用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表。(3)伏阻法:由___________知,如果能得到U、R的两组数据,列出关于E、r的两个方程,就能解出E、r,用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表。E=U+IrE=IR+IrE=U+r3.实验设计:(1)伏安法(如图1)。

(2)安阻法(如图2)。(3)伏阻法(如图3)。【实验过程】一、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。实验互动探究2.把滑动变阻器的滑片移到一端,使其阻值最大。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,用公式法和图像法这两种方法求出电池的电动势和内阻。二、数据收集与分析1.计算法:由E=U1+I1r,E=U2+I2r可解得E=

,r=

。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,为了减小实验误差,一般用图像法处理实验数据,即根据多次测出的U、I值,作U-I图像。(2)将图线两端延长,纵轴截距点意味着断路情况,它的数值就是电池电动势E。(3)横轴截距点(路端电压U=0)意味着短路情况,它的数值就是短路电流

。(4)图线斜率的绝对值即电池的内阻r,即r=

=

,如图所示。【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图像时描点不准确。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小一些,U越大,电流表的读数与总电流的偏差就越大,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。【实验探究】1.在测定电池的电动势和内阻时,没有电压表,只有电流表和电阻箱,能否测出电池的电动势和内阻呢? (科学思维)提示:能。(1)实验电路图

(2)实验原理:由闭合电路的欧姆定律得:E=IR+Ir,图中设电阻箱的阻值为R1时电流为I1,为R2时电流为I2;由E=I1(R1+r)和E=I2(R2+r)解得E=,r=。2.在测定电池的电动势和内阻时,只有电压表和电阻箱,能否测出电池的电动势和内阻呢? (科学探究)提示:能。(1)实验电路图(2)由闭合电路的欧姆定律得:E=U+r,图中,设电阻箱的阻值为R1时电压为U1,为R2时电压为U2，由E=U1+r和E=U2+r解得E=,r=。类型1实验操作【典例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(0～20Ω)C.滑动变阻器(0～1kΩ) 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)

实验典例突破(2)为了最大限度地减小实验误差,请在虚线框中画出该实验最合理的电路图。(3)某同学根据实验数据画出的U-I图像如图所示,由图像可得电池的电动势为

V,内阻为

Ω。

(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。(选填“大于”“等于”或“小于”)

【解析】(1)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池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量程,所以电流表应选E。(2)电路图如图所示。

(3)由U-I图像可知:纵截距为1.5V,故干电池的电动势为1.5V;内阻r==Ω=1Ω。(4)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。答案:(1)B

E

(2)见解析图(3)1.5

1(4)电压表的分流小于小于类型2数据处理【典例2】现有一种特殊的电池,它的电动势E约为9V,内阻r约为50Ω,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,某同学利用如图所示的电路进行实验,图中电压表的内阻很大,对电路的影响可不考虑,R为电阻箱,阻值范围0～9999Ω,R0是定值电阻,起保护电路的作用。(1)实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格:A.10Ω

2.5W

B.100Ω

1.0WC.200Ω

1.0W

D.2000Ω

5.0W本实验应选

。

(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,读取电压表的示数,改变电阻箱阻值,取得多组数据,作出了如图所示的图线(已知该直线在y轴的截距为0.1V-1)。则根据该同学所作出的图线可求得电池的电动势E为

V,内阻r为

Ω。

【解析】(1)根据电池的参数,起保护作用的定值电阻的最小值为R=-r=Ω-50Ω=130Ω,所以定值电阻应选C;(2)由题中所给图线,根据闭合电路欧姆定律可知:E=U+r,=+·,纵截距为电动势的倒数,故电池电动势的值为10V;电池的内阻为图线的斜率的E倍,即=Ω/V,r=46Ω。答案:(1)C

(2)10

46(44～48均可)1.(多选)用如图所示的电路测量电池电动势和内阻时,若有两只电压表V1、V2量程相同,内阻分别为RV1、RV2,且RV1>RV2;两只电流表A1、A2量程相同,内阻分别为RA1、RA2,且RA1>RA2,在实验中,为了使E、r的测量值更精确一些,选择的电表可以是 (

)

A.V1与A1

B.V1与A2C.V2与A1 D.V2与A2课堂素养达标【解析】选A、B。本实验的系统误差主要来源于电压表分流对电路的影响,电压表内阻越大,电流表所测电流越接近于干路中的电流的真实值,所测电池的内阻也越接近电池内阻的真实值,故电压表选用内阻大的好,而电流表内阻对本实验无影响,因为电流表内阻与R是串联,不需知道R与RA的值,故电流表选用哪一个都可以。故选A、B。2.某研究性学习小组利用图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=

V,r=

Ω。

【解析】由E=I(R+r)得,R=-r,则R-图像的斜率即为电池组电动势的大小,即E=3V,图像纵轴截距的绝对值为电池组的内阻,r=1Ω。答案:3

13.(2020·天津等级考)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻,要求测量结果尽量准确。电压表(量程0～3V,内阻约为3kΩ)电流表(量程0～0.6A,内阻约为1Ω)滑动变阻器(0～20Ω,额定电流1A)待测电池组(电动势约为3V,内阻约为1Ω)开关、导线若干(1)该小组连接的实物电路如图所示,经仔细检查,发现电路中有一条导线连接不当,这条导线对应的编号是

。

(2)改正这条导线的连接后开始实验,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的

(选填“a”或“b”)端。

(3)实验中发现调节滑动变阻器时,电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题,在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5Ω的电阻,之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I,并作出U-I图像,如图所示。根据图像可知,电池组的电动势为

V,内阻为

Ω。(结果均保留两位有效数字)

【解析】(1)由于待测电池