《实验：电池电动势和内阻的测量》课件

3.实验:电池电动势和内阻的测量第十二章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.理解测定电源的电动势与内阻的实验原理。(物理观念)2.在理解实验原理的基础上,能完成测电源的电动势与内阻的规范实验操作。(科学探究)3.学会利用U-I图像处理数据并得出电源电动势和内阻,进一步体会利用图像进行数据处理的方法。(科学思维)4.尝试分析电源电动势和内阻的测量误差,了解实验中减小误差的方法。(科学态度与责任)思维导图课前篇自主预习【必备知识】一、实验思路利用闭合电路欧姆定律来测量并计算与分析,电路图如图所示。通过改变滑动变阻器的阻值改变电路状态,电路中的电压、电流均发生变化,用电压表和电流表测量出U和I的两组数据,列出两个方程,E=U1+I1r,E=U2+I2r进而求解出电动势E和内阻r,二、物理量的测量1.选用合适的量程,按实验原理图连接好电路。2.把滑动变阻器的滑片移到一端,使其接入电路的阻值最大。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U、I值。4.断开开关,整理好器材。5.处理数据,用公式法和作图法求出电源的电动势和内阻。【自我检测】1.正误判断,判断结果为错误的小题说明原因。(1)测干电池的电动势和内阻时,选的滑动变阻器阻值越大越好。(

)答案×解析干电池的内阻比较小,为使电路中的电流大范围调节,滑动变阻器的阻值比干电池的内阻大几倍就可以。(2)测干电池的电动势和内阻时,选的电流表和电压表量程越大越好。(

)答案×解析干电池的电动势为1.5

V,因此选用3

V的电压表就可精确测量,量程过大会增大误差。(3)只要测量一组(I,U)的数值,就可计算出电源电动势和内阻的大小。

(

)答案×解析最少测量两组(I,U)的数值,联立方程组计算出电源电动势和内阻的大小。(4)利用U-I图像处理实验数据时,纵截距就是电源的电动势。(

)答案√2.(多选)某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时,所用滑动变阻器的阻值范围为0~20Ω,电路电流不超过0.6A,连接电路的实物图如图所示。关于该学生接线的说法正确的是(

)A.滑动变阻器不起变阻作用B.电流表接线有误C.电压表量程选用不当D.电压表接线错误答案

AD解析

移动变阻器触头时,不会改变接入电路的电阻大小,变阻器不起变阻作用,A正确;电流表只允许电流从正接线柱流入,从负接线柱流出,而且应该选择0~0.6

A量程,图中电流表接线正确,所以B错误;图中电源为两节干电池,电动势为3

V,所以电压表量程应选用0~3

V,所以C错误;图中电流从电压表负接线柱流入,从正接线柱流出,所以电压表的接线错误,D正确。课堂篇探究学习探究一伏安法测E、r的仪器选择与数据处理【知识归纳】1.数据分析(1)求平均值法:由E=U1+I1r,E=U2+I2r可解得可以利用U、I的值多求几组E、r的值,算出它们的平均值。(2)作U-I图像法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将图线两侧延长,纵轴截距意味着断路情况下的电压,它的数值就是电源电动势E的数值;③横轴截距(路端电压U=0)意味着短路情况下的电流,它的数值就是短路电流;2.误差分析(1)偶然误差①由于读数不准引起误差。②用图像法求E和r时,由于作图不准确造成误差。(2)系统误差①如图甲所示,E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差。从电路的角度看,电压表应看成内电路的一部分,故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测),如图乙所示,因为电压表和电池并联,所以r测小于电池内阻r真,因为外电阻R断开时,a、b两点间电压Uab等于电动势E测,此时电源与电压表构成回路,所以Uab<E真,即E测<E真。结论:a.当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值=真实值;b.E测<E真;②若采用如图丙所示的电路,IA为电源电流真实值,理论上有E=U+UA+IAr,其中UA不可知,而造成误差,而且电流表示数越大,UA越大,当电流为零时,UA=0,电压为准确值,等于E。结论:a.E为真实值;b.I短测<I短真;c.因为,所以r测>r真,r测为r真和RA的串联值,由于通常情况下电池的内阻较小,所以这时r测的测量误差非常大。3.注意事项(1)为使干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,防止干电池大电流放电时内阻r发生明显变化。(3)若干电池的路端电压变化不明显,作图像时,纵轴单位可取的小一些,且纵轴起点可不从零开始。如图所示,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

求出。【典例示范】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

。(填字母)

(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。(后两空均选填“大于”“等于”或“小于”)

答案

(1)B

E

(2)见解析图

(3)1.5

1

(4)电压表的分流

小于

小于解析

(1)滑动变阻器的最大值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。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0.5

A,且为便于读数,故需要选择0~0.6

A,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1.5

V,故干电池的电动势为1.5

V;(4)由于电压表的分流作用,电流表读数总是比干路电流小,造成E测<E真,r测<r真。探究二安阻法和伏阻法测电源电动势和内阻【知识归纳】1.安阻法(1)实验原理:由E=IR+Ir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,用到的器材有干电池、开关、电阻箱、电流表,电路图如图所示。(2)数据处理:2.伏阻法(1)实验原理: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,用到的器材是干电池、开关、电阻箱、电压表,电路图如图所示。【典例示范】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=5Ω)一个,开关两个,导线若干,实验原理图如图(a)所示。(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。(a)(b)(2)请完成下列主要实验步骤:①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

;

②将开关S1闭合,开关S2断开,电压表的示数是1.49V;③将开关S2

,电压表的示数是1.16V;断开开关S1。

(3)使用测得的数据,计算出干电池的内阻是

(计算结果保留两位有效数字)。

(c)答案

(1)见解析

(2)①20Ω

③闭合

(3)0.69Ω解析

(1)如图所示

随堂训练1.(多选)用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中,下列说法错误的是(

)A.应选用旧的干电池作为被测电源,以使电压表读数变化明显B.应选用内阻较小的电压表和电流表C.移动滑动变阻器的滑片时,不能使滑动变阻器短路造成电流表过载D.使滑动变阻器阻值尽量大一些,测量误差才小答案

BD解析

伏安法测电池的电动势和内阻实验中,应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表,滑动变阻器阻值不能太大,如果太大不便于调节。2.一同学测量某干电池的电动势和内阻。(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处

;

。

(2)实验测得的电阻箱阻值R和理想电流表示数I,以及计算的

数据见下表:R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26/A-16.75.95.34.53.8根据表中数据,在下图方格纸上作出R-关系图像。

由图像可计算出该干电池的电动势为

V(结果保留三位有效数字);内阻为

Ω(结果保留两位有效数字)。

答案

(1)开关未断开

电阻箱阻值为零

(2)见解析图1.33(1.30~1.36均可)

1.2(1.0~1.4均可)解析

(1)在电学实验中,连接电路时应将开关断开,电阻箱的阻值调为最大,确保实验仪器、仪表的安全。(2)根据闭合电路欧姆定律,得E=I(R+r)描点连线后图像如图所示。根据图像可知r=1.2

Ω,图像的斜率为电动势E,在R-图像上取两点(2,1.60),(5,5.60),知识点1

测电池电动势和内阻的实验原理

甲乙丙A.只有甲同学设计的电路能测出电池的电动势和内阻B.只有乙同学设计的电路能测出电池的电动势和内阻C.只有丙同学设计的电路能测出电池的电动势和内阻D.三位同学设计的电路都能测出电池的电动势和内阻

√知识点2

用伏安法测电池电动势和内阻的数据处理及误差分析图甲

图乙

1.501.0

串5

950

根据所学的知识回答下列问题：（1）为了减小实验误差，电压表应选择___，电流表应选择____，滑动变阻器应选择____。（填器材对应的字母）

（2）将所选的实验器材在图1中用笔画线代替导线连接。图1【答案】

如图所示【解析】

实验电路图如图所示；图2