中学生物理实验 5——测干电池电动势和内阻,油膜法估测分子大小

1、中 学 物 理 实 验 报 告实验名称 基本仪器的使用 班级 姓名 学号 实验日期 2013/4/23 同组人 实验一、测干电池电动势和内阻1. 实验目的1、 通过本次实验熟悉测量干电池电动势和内阻的方法。2、 熟悉仪器使用，熟练仪器操作。3、 参与实验过程，获得实验体会。4、 加深理解上述实验的实验原理，并且能够在实验中掌握住实验要领，最终测得干电池的电动势与内阻大小。5、 根据本次实验探讨相关的教学方法，并加以概括。二、实验器材（1）干电池干电池（Dry cell）是一种以糊状电解液来产生直流电的化学电池（湿电池则为使用液态电解液的化学电池），大致上分为一次电池及二次电池两种，是日常生活之

2、中为普遍使用，以及轻便的电池。它们可以使用于很多电器用品上。常见的干电池为锌锰电池。一般认为干电池的电动势为1.5V。不过实验中需要我们对其数值进行精确测量。 （2） 开关 本实验所使用的开关为单刀双掷型，但联通电路只有一路，所以只需利用其中的两个端口。 事实上，开关还有许多类型，最简单的开关有二片名叫“接点”的金属，二接点接触时使电流形成回路，二接点不接触时电流开路。另外较复杂的开关还有光电开关、电磁继电器所制成的延时开关、行程开关等，其具体内容在此不做展开。 （3） 滑动变阻器滑动变阻器是电路中的一个重要元件，它可以通过移动滑片的位置来改变自身的电阻，从而起到控制电路的作用。在电路分析中，

3、滑动变阻器既可以作为一个定值电阻，也可以作为一个变值电阻。滑动变阻器的构成一般包括接线柱 、滑片、电阻丝、金属杆和瓷筒等五部分。 滑动变阻器在电路中可以作限流器用，也可以作分压器用。在确保安全的条件下，如何选用这两种不同的形式，是由电路中的需要来决定的。实验需注意：刚刚接入电路时，滑动变阻器是打在电阻最大的位置。（4） 电阻箱 电阻箱是一种可以调节电阻大小并且能够显示出电阻阻值的变阻器。 它与滑动变阻器比较，滑动变阻器不能表示出连入电路的电阻值，但它可以连续改变接入电路中的电阻。电阻箱能表示出连入电路中的阻值大小，但阻值变化是不连续的，但没有滑动变阻器值变化准。 （5） 测量电表以下的图示分别

4、为实验中使用到的电流表与电压表。电压表是测量电压的一种仪器，常用电压表伏特表符号：V，大部分电压表都分为两个量程。电压表有三个接线柱，一个负接线柱，两个正接线柱，电压表的正极与电路的正极连接，负极与电路的负极连接。它是个相当大的电阻器，理想的认为是断路。电流表是测量电路电流的仪器，电流表的常用单位有：A与mA两种，大部分电流表都有三种量程。电流表有四个接线柱，一个负接线柱，三个正接线柱，电压表的正极与电路的正极连接，负极与电路的负极连接。理想状况下可认为它是短路。实验需注意：应该关注指针偏转小的，前提是指针偏转大的没有超过量程。 3. 实验原理闭合电路欧姆定律所谓闭合电路，是包含电源，用电器和

5、导线等的完整电路（含源电路）。而外电路是指电源外部的电路，电流从高电势流向低电势，电场力对电荷做正功，电能转化为其他形式的能。内电路则为电源内部的电路。我们定义外电阻为R，外电压为（端电压）U外；内电阻为r，内电压为U内。电流从电源负极经内部流向电源正极，非静电力做功把其他形式的能转化为电能，电流流过内电阻产生焦耳热。闭合电路欧姆定律的表达式为： E=U内+U外 I=E/(R+r)4、 实验方法分析（1） 电流表内接如图，相对电源来说是电流表内接。 根据闭合电路欧姆定律，其测量的原理方程为: E=U+Ir其中U、I还是电压表和电流表的示数，通过调节滑动变阻器，同样可以得到多组数据，每两组数据就

6、可以求出电动势和内阻。设某两组U、I的值的大小关系为：U1>U2，I1<I2。 E=U1+I1r E=U2+I2r 解得：E= r= 由于电流表的分压，电压表的示数U不是电源的路端电压U0，有U<U0，设电流表的内阻为RA，用E0表示电动势的真实值，r0表示内阻的真实值，则方程应修正为： E0=U1+I1(r0+RA) E0=U2+I1(r0+RA) 解得: E0=E r0=-RA< r 可见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） 电流表外接如图，相对电源来说是电流表外接。 根据闭合电路欧姆定律，其测量的原理方程为: E=U+Ir其中U、I还是电压表

7、和电流表的示数，通过调节滑动变阻器，同样可以得到多组数据，每两组数据就可以求出电动势和内阻。设某两组U、I的值的大小关系为：U1>U2，I1<I2。 E=U1+I1r E=U2+I2r解得： E = r =由于电压表的分流作用，电流表的示数I不是流过电源的电流I0，有I<I0，那么测得的电动势E和内阻r与真实值比较是偏大还是偏小呢？设电压表的内阻为RV，用E0表示电动势的真实值，r0表示内阻的真实值，则方程应修正为： 解得： 可见电动势和内阻的测量值都小于真实值。（3） 伏阻法 用电压表和电阻箱测电源电动势和内阻的方法。调节R，测出两组U、R的值，就能算出电动势和内阻，其测量

8、的原理方程为： E=U+r 其中U是电压表示数，R是电阻箱示数。这种方法误差产生的原因还是由于电压表的分流，U/R的值并不是流过电源的电流，而只是流过R的电流。所以最终测得的电动势和内阻的测量值也都小于真实值。 （4） 安阻法 用电流表和电阻箱测电源电动势和内阻的方法。调节R，测出两组I、R的值，就能算出电动势和内阻，其测量的原理方程为： E=I(R+r)其中I是电流表示数，R是电阻箱示数。这种方法误差产生的原因是由于电流表的分压，U的值并不是电源的路端电压，而只是R两端的电压。所以最终测得的电动势的测量值等于真实值，而内阻的测量值大于真实值。这种方法得到的内阻的测量值r=r0+R，实验相对误

9、差很大。5、 实验数据及处理1、 电流表内接测干电池的电动势与内阻 E=U+Ir测量次数U(v)I(A)E(v)R()10.700.521.4971.5001.5321.60921.420.0531.050.28计算可得E=1.4985v，r=1.57552、 电流表外接测干电池的电动势与内阻测量次数U(v)I(A)E(v)R(）10.690.571.5061.5091.4321.47621.420.0630.800.48 E=U+Ir计算可得E=1.5075v，r=1.4543、伏阻法测干电池的电动势与内阻 E=U+r测量次数U（v）R（）1/U1/R10.7211.3888121.0630

10、.940.33331.1950.840.241.2570.80.14351.2890.781250.111由图可知E=1.585v，r=0.9154、安阻法测干电池的电动势与内阻 E=IR+Ir测量次数I(A)R()1/I10.4111/0.4120.3131/0.3130.2051/0.2040.1571/0.1550.1291/0.12由图可知，E=1.57v，r=1.75 实验二、油膜法估测分子大小一、实验目的1. 通过本次实验熟悉油膜实验器的使用方法，熟练仪器的操作步骤要领。2. 参与实验操作过程，领会物理实验的设计思想，获得实验体验。3. 学会与他人合作实验，提高群体意识与合作能力。

11、4. 根据本次实验探讨相关的教学方法，并加以概括。5. 得出油膜分子的大致数量级。2、 实验器材（1） 油酸：用无水酒精稀释成1000:1的油酸溶液一瓶 油酸分子（C17H33COOH）由两部分组成：一部分是COOH，对水有很强的亲和力；另一部分是C17H33，对水没有亲和力。因此，油酸分子能直立在水面上，使得C17H33冒出水面，而COOH留在水中，从而在水面上散开并形成单分子层油膜。 思考：为什么要配制一定浓度的油酸溶液? 现在已经知道分子的直径大约是10-10m,而一滴油酸的体积(注射器5号针头下的)大约有4*10-3cm3(每0.4cm3的油酸大约有100滴),如果这滴油酸铺成单分子膜

12、,膜的面积是4平方米。实验室没有这么大的盆,做起实验来很不方便,因此要稀释。（2） 浅盘 因盛水盘盘底有刻度，盘中间为大格，每格1cm2,小格为0.25每格，数出散开刻度盘的面积，即为油膜的面积。浅盘盛水之后，水面的面积应在500cm2以上，如30cm×40cm的矩形盘，本实验中使用的是圆形盘，同样需要达到一定的水深。 （3） 痱子粉与注射器痱子粉在实验中的作用是界定油膜大小的边界，痱子粉过厚，易刺破油膜；痱子粉过少，油膜边界不清楚。要撒出一层在整个水面上均匀并且很薄的痱子粉，需要不断训练和提高。 注射器在实验中的作用是测量计算一滴溶液中所含的油酸体积，但是注射器的使用与使用者用力的

13、均匀与否有关，因此也需要反复练习 3、 实验原理 油酸的分子式为（C17H33COOH），而油酸在水的表面能形成-COOH向下-C17H33向上且呈单分子排列的现象，因此油膜的厚度即是油酸分子的直径，算出一滴油酸溶液所含油酸的体积和油膜在水中所占的面积就能算出油膜的厚度。即：=L（厚度）=油酸分子的直径4、 实验步骤（1） 用注射器确定一滴溶液中油酸的体积。（2） 在洗净的浅盘中注入清水，水深至1到2厘米，水面与盖板距离在1 厘米以下，并静置。 （3）将痱子粉均匀地散在水面上，注意不要触动浅盘。（4）用注射器在浅盘中央水面上方约1厘米高处滴一滴油酸酒精溶液，等 油膜展开最大面积并稳定后，再利用

14、点方格的方法估算油膜的面积。 （5）重复以上步骤 。（6）计算分子的大小，并做误差分析。 5、 实验数据及处理 1、数滴数； 用手指轻轻按压注射器柄,使溶液从针头慢慢滴出,测出0.5mL溶液的滴数,我们实测得三次的平均值值为97滴。2、 算体积； 1滴溶液中纯油酸的体积为5.208*10-6ml。3、 算面积；以坐标纸上边长为1cm的小正方形为单位,计算轮廓内小正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个，所形成的油膜面积S=1.25*10-4m2。据公式L=V/S就可算出油酸分子的大小为4.17*10-8。思考：油酸溶液滴入水中后,发现油膜的面积开始比较大,紧接着迅速变小,然后稳定下来,这

15、是为什么？ 油酸溶液中含有大量的酒精,油酸溶液滴入水中后,开始在水面形成的液膜的面积比单纯的油膜面积要大,随着酒精在水中的溶解和在空气中的蒸发,最后显示的油膜面积会缩小.这也可用实验来验证,换用体积比相差很大的不同的油酸溶液重复实验,可以发现油膜的这种收缩现象有明显的差别,当降低油酸溶液的浓度后,这种收缩现象会加强;增大油酸溶液的浓度后,这种收缩现象会减弱，如果用纯油酸,很难观察到这种收缩现象。6、 误差分析(1) 油膜法采用了建立理想化模型的方法.(2) 水盘中水的深度的控制.(3) 痱子粉撒在液面的厚薄和均匀程度.(4) 一滴酒精油酸溶液的体积的测量.(5) 滴一滴酒精油酸溶液的力度把握.(6) 油膜面积的测量.因为计算正方形的个数是采取四舍五入的方法,即油膜轮廓 内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个.两个实验总结本次实验，老师告诉我们要做的实验内容，然后让我们自己设计实验方案，不仅提高了我们的思考能力也锻炼了我们的团队合作能力。在没有老师的讲解下，刚开始思维有点乱，不记得