秋高中物理第2章第10节实验：测定电池的电动势和内阻课件新人教版选修3-1

1、第第10节实验：测定电池的电动势和内阻节实验：测定电池的电动势和内阻1理解实验原理，会分析实验误差理解实验原理，会分析实验误差2会用图象法处理数据，并从图象上求出电源会用图象法处理数据，并从图象上求出电源的电动势和内电阻的电动势和内电阻3能根据此实验的原理和方法设计出其他测量能根据此实验的原理和方法设计出其他测量电动势和内阻的方法电动势和内阻的方法一、实验原理一、实验原理根据闭合电路欧姆定律可以有下面三种方案求出电根据闭合电路欧姆定律可以有下面三种方案求出电池的电动势和内阻池的电动势和内阻联立就可以解出结果，实验电路如图所示联立就可以解出结果，实验电路如图所示二、实验器材二、实验器材在不同的方

2、案中需要的实验器材略有不同，分别如在不同的方案中需要的实验器材略有不同，分别如下：下：方案方案1：待测电池一节，电流表、电压表各一个，滑待测电池一节，电流表、电压表各一个，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干动变阻器一个，开关一个，导线若干方案方案2：待测电池一节，电流表一个，电阻箱一个，待测电池一节，电流表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干开关一个，导线若干方案方案3：待测电池一节，电压表一个，电阻箱一个，待测电池一节，电压表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干开关一个，导线若干三、实验步骤三、实验步骤(以方案以方案1为例为例)1电流表用电流表用0.6 A量程，电压表用量程，电压表用3 V量

3、程按图连接量程按图连接好电路好电路2把滑动变阻器滑片移到使电阻最大的一端把滑动变阻器滑片移到使电阻最大的一端3闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显的示闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据数，记录一组数据(I，U)，填入下面的表格，用同样的方，填入下面的表格，用同样的方法测量几组法测量几组I，U值，填入表格值，填入表格3闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显的示闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据数，记录一组数据(I，U)，填入下面的表格，用同样的方，填入下面的表格，用同样的方法测量几组法测量几组I，U值，填入表格值，填入表格4.断开开关，整理好器材断开开关

4、，整理好器材次数次数123456I(A)U(V)四、数据处理四、数据处理1公式法：公式法：把测量的几组数据分别代入把测量的几组数据分别代入EUIr中，然后两个方程为一组，解方程求出几组中，然后两个方程为一组，解方程求出几组E、r的值，的值，最后对最后对E、r分别求平均值作为测量结果分别求平均值作为测量结果2图象法图象法(1)以以I为横坐标，为横坐标，U为纵坐标建立直角坐标系，根据为纵坐标建立直角坐标系，根据几组几组I、U的测量数据在坐标系中描点；的测量数据在坐标系中描点；(2)用直尺画一条直线，使尽量多的点落在这条直线用直尺画一条直线，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

5、布在直线两侧；上，不在直线上的点，能大致均衡地分布在直线两侧；五、误差分析五、误差分析1偶然误差偶然误差主要来源于电压表和电流表的读数以及作主要来源于电压表和电流表的读数以及作UI图象时图象时描点不准确描点不准确2系统误差系统误差(1)电流表相对于待测电阻电流表相对于待测电阻(电源内阻电源内阻)外接外接(如图如图1所示所示)(2)电流表相对于待测电阻电流表相对于待测电阻(电源内阻电源内阻)内接内接(如图如图3所示所示)产生原因：由于电流表的分压作用，使得电压表的产生原因：由于电流表的分压作用，使得电压表的读数比电源的路端电压小，电流表测得的电流等于流过电读数比电源的路端电压小，电流表测得的电流

6、等于流过电源的电流，所以在流过电流相同的情况下，源的电流，所以在流过电流相同的情况下，U测测U真真测量值和真实值的大小比较：依照分析可绘制出图测量值和真实值的大小比较：依照分析可绘制出图4图线，可以从图线的意义得图线，可以从图线的意义得E测测E真真，r测测r真真综合上述，任一种电路都存在系统误差，若电源内阻综合上述，任一种电路都存在系统误差，若电源内阻较小时，不能采用图较小时，不能采用图3中的测量电路，尽管电动势的测量中的测量电路，尽管电动势的测量值准确，但内阻的测量误差很大，因此要选用图值准确，但内阻的测量误差很大，因此要选用图1中的测中的测量电路量电路六、注意事项六、注意事项1为了使电池的

7、路端电压变化明显，电池的内阻宜为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，宜选用旧电池和内阻较大的电压表大些，宜选用旧电池和内阻较大的电压表2电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势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，内阻会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电电流不宜会明显增大，故长时间放电电流不宜超过超过0.3 A，短时间放电电流不宜超过，短时间放电电流不宜超过0.5 A因此实验中因此实验中不宜将不宜将I调得过大，读电表的示数要快，每次读完后应立调得过大，读电表的示数要快，每次读完后应立即断电即断电4为了提高测量的精确度，在实验中为了提高测量的精确度，在实验中I、U

8、的变化范的变化范围要大一些，计算围要大一些，计算E、r时，时，U1和和U2、I1和和I2的差值要大一的差值要大一些些5用伏安法测电动势用伏安法测电动势E和内电阻和内电阻r时，可以设计成两时，可以设计成两种电路种电路如图所示，在实验中我们选择甲图的原因有：依据闭如图所示，在实验中我们选择甲图的原因有：依据闭合电路的欧姆定律合电路的欧姆定律EUIr，在实验中需要测路端电压，在实验中需要测路端电压U和电源中的电流和电源中的电流I，可以看出，甲图中由于电压表的分流，可以看出，甲图中由于电压表的分流作用，使电流表测得的不是真实的电源中的电流；乙图中作用，使电流表测得的不是真实的电源中的电流；乙图中由于电

9、流表的分压作用，电压表测得的不是真实的路端电由于电流表的分压作用，电压表测得的不是真实的路端电压这两个电路都存在系统误差，由于电流表的电阻和电压这两个电路都存在系统误差，由于电流表的电阻和电源的内阻差不多大，则乙图测量的电源内阻阻值和真实值源的内阻差不多大，则乙图测量的电源内阻阻值和真实值相差太大故电流表的分压作用不能忽略，所以选用甲图相差太大故电流表的分压作用不能忽略，所以选用甲图电路较好电路较好6仪器的选择仪器的选择(1)电流表量程的选择：量程要大于电源允许通过的电流表量程的选择：量程要大于电源允许通过的最大电流，对于电池来讲允许通过的最大电流是最大电流，对于电池来讲允许通过的最大电流是0

10、.5 A故故需要选需要选00.6 A(2)电压表量程的选择：量程要大于电源电动势，对电压表量程的选择：量程要大于电源电动势，对一节干电池来讲，电压表量程在大于一节干电池来讲，电压表量程在大于1.5 V的前提下越小的前提下越小越好越好(3)滑动变阻器的选择：滑动变阻器的最大电阻为待滑动变阻器的选择：滑动变阻器的最大电阻为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因电源内阻比较小，故测电阻的几倍时较好，在该实验中因电源内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可滑动变阻器选择较小一点的即可(2015邯郸联考邯郸联考)用如图甲所示的电路测量用如图甲所示的电路测量一节蓄电池的电动势和内电阻蓄电池的电动势约为一节蓄

11、电池的电动势和内电阻蓄电池的电动势约为2 V，内电阻很小除蓄电池、开关、导线外可供使用的实，内电阻很小除蓄电池、开关、导线外可供使用的实验器材还有：验器材还有：A电压表电压表V (量程量程3 V)B电流表电流表A1(量程量程0.6 A)C电流表电流表A2(量程量程3 A)题题 型型 1 1仪器选择及实验数据的处理仪器选择及实验数据的处理 D定值电阻定值电阻R0(阻值阻值4 ，额定功率，额定功率4 W)E滑动变阻器滑动变阻器R(阻值范围阻值范围020 ，额定电流，额定电流1 A) (1)电流表应选电流表应选_(填器材前的字母代号填器材前的字母代号)(2)将图乙中的实物按图甲的电路连线将图乙中的实

12、物按图甲的电路连线(3)根据实验数据作出根据实验数据作出UI图象图象(图丙图丙)，则蓄电池的电，则蓄电池的电动势动势E_V，内阻，内阻r_.(3)根据闭合电路欧姆定律根据闭合电路欧姆定律UEIr可知，可知，UI图象的图象的斜率表示定值电阻和内阻的阻值之和，纵轴截距表示电动斜率表示定值电阻和内阻的阻值之和，纵轴截距表示电动势，势，E2.10 V，r0.20 .【答案】【答案】(1)B(2)见解析见解析(3)2.100.20【方法总结方法总结】(1)实验仪器的选取实验仪器的选取测一节干电池的电动势和内电阻，电压表应选择测一节干电池的电动势和内电阻，电压表应选择3 V量程；一般通过干电池的电流不能过

13、大，电池在大电流时量程；一般通过干电池的电流不能过大，电池在大电流时电动势会明显下降，内电阻电动势会明显下降，内电阻r会明显增大，因此电流表应会明显增大，因此电流表应选择选择0.6 A挡；电池应选择废旧干电池，此时电池内阻挡；电池应选择废旧干电池，此时电池内阻大，路端电压变化范围大；为使滑动变阻器调节方便，滑大，路端电压变化范围大；为使滑动变阻器调节方便，滑动变阻器选择最大阻值动变阻器选择最大阻值10 左右的电阻左右的电阻(2)实验数据的处理实验数据的处理在用在用UI图象处理数据时注意坐标原点的数据，防图象处理数据时注意坐标原点的数据，防止直接用纵坐标值与横坐标值止直接用纵坐标值与横坐标值(截

14、距截距)求电阻而出错图线求电阻而出错图线斜率的绝对值为电源的内阻斜率的绝对值为电源的内阻图象中图线与图象中图线与U轴的交点的值为电动势轴的交点的值为电动势题题 型型 2 2 实验原理及方法创新实验原理及方法创新 (1)设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的定的方框内要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负正负(2)为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压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表量程应扩大为原量程的_倍，电阻箱的阻值应为倍，电阻箱的阻值应为_ .【解析】【解析】(1)电源电动势为电源电动势为1.5 V，而电压表最大量，而电压表最大量程为程为1 V，需将电压表扩大量程再用，故电压表应与电阻，需将电压表扩大量程再用