教科版高中物理必修第三册第二章电路及其应用7实验-测量电池的电动势和内阻课件

知识点1实验设计7

实验:测量电池的电动势和内阻知识清单破1.实验原理:利用闭合电路欧姆定律来测量电池的电动势和内电阻。2.实验电路图:实验电路如图所示,改变R的阻值,测出多组U、I的值。

3.实验方法(1)计算法:利用实验电路测出两组U、I的值,根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程:

⇒

(2)图像法:由E=U+Ir可得U=-Ir+E,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作出电源的U-I图像,根据图线的纵轴截距表示电动势、斜率的绝对值

表示内电阻求解。1.实验器材待测电池一节,电流表、电压表各一块,滑动变阻器一个,开关一个,导线若干。2.实验步骤(1)电流表选用0~0.6A的量程、电压表选用0~3V的量程,按照电路图把器材连接好。(2)把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。(3)闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,读出电压表示数U和电流表示数I,并填入

表格中。(4)多次改变滑片的位置,读出对应的多组U、I数据,并填入表中。(5)断开开关,整理好器材。知识点2实验过程导师点睛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r会明显增大,故实验时不要

将I调得过大,读电表示数要快,每次读完后应立即断电。3.数据处理(1)公式法把测量的几组数据分别代入E=U+Ir中,然后两个方程为一组,解方程求出几组E、r的值,

最后对E、r分别求平均值作为测量结果。(2)图像法①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。②用直尺将点拟合成一条直线上(剔除个别偏差较大的点),根据图线分析物理量。

a.图线与纵轴交点为E。b.图线与横轴交点为I短=

。c.图线的斜率大小表示r,r=

。1.实验时,应选取内阻较小的新干电池还是内阻较大的旧干电池?2.处理实验数据时,个别偏离图线太远的点能否舍去?3.实验中画出的U-I图线的横轴截距一定表示短路电流吗?知识辨析一语破的1.为使路端电压有明显变化,应选取内阻较大的旧干电池。2.在画U-I图线时,要使尽可能多的点落在一条直线上或使各点均匀分布在直线两侧,个别偏

离图线太远的点应舍去。3.若纵轴的刻度不从零开始,图线与纵轴交点的纵坐标仍表示电池的电动势,但图线与横轴交

点的横坐标不再表示短路电流。关键能力定点破定点1伏安法测电源电动势和内阻的误差分析及注意事项1.偶然误差引起偶然误差的原因:(1)电表读数视差或电表接线柱接触不良。(2)每次读完电表示数没有立即断电,而是长时间闭合开关,甚至改变变阻器阻值的全过程中

始终通电,造成电池电动势E减小,内阻r增大。(3)用图像法求E和r时作图不准确。2.系统误差根据E=U+Ir测E、r,其中U是路端电压,I是流过电源的总电流。由于电流表、电压表内阻的

影响,存在系统误差。(1)采用如图甲所示电路进行实验时,在理论上E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压。实验中忽略了通过电压表的电流IV,从而形成误差(如图乙中带箭头线段所示),而

且电压表示数越大,IV越大。

从图乙中看出:①当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,因此短路电流的测量值=真实值。②E测<E真。③因为r测=

,所以r测<r真。甲

乙(2)如果采用如图丙所示接法,在理论上有E=U+UA+IAr,其中电流表示数IA为准确的电流值,UA

不可知,实验中忽略了电流表两端的电压UA,从而造成误差(如图丁中带箭头线段UA),而且电

流表示数越大,UA越大,当电流表示数为零时,UA=0,电压表示数为准确值,等于E。

丙

丁从图丁中看出:①E测=E真;②I短测<I短真;③因为r=

,所以r测>r真。3.注意事项(1)电池:为了使路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已使用过一段时间的1号干电池。(2)电压表的量程:因为实验用的是一节干电池,电压表量程在大于1.5V的前提下越小越好,因

此实验时电压表一般选用0~3V的量程。(3)电流表的量程:对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5A,故电流表的量程选0~0.6A的。(4)滑动变阻器:干电池的内阻较小,为了获得变化明显的路端电压,滑动变阻器选择阻值较小

一点的。(5)电路的选择:若被测电源为干电池,由于电源内阻较小,与电流表内阻接近,故应选用图甲所

示电路;若被测电源为水果电池或其他内阻较大的电源,因其内阻较大,故选择图丙所示电路

测量更为准确。典例1用图示的电路测量一节蓄电池(电动势约为2V)的电动势和内阻。蓄电池的内阻非常

小,电路中用了一个保护电阻R0【1】。除蓄电池、滑动变阻器、开关、导线外,可供使用的实

验器材还有:

A.电流表(量程0~0.6A、0~3A)B.电压表(量程0~3V、0~15V)C.定值电阻(阻值1Ω)D.定值电阻(阻值10Ω)(1)电流表应选用的量程是

,电压表应选用的量程是

。(2)定值电阻R0应选用的阻值是

。(3)某同学按图示电路图进行实验。他调节滑动变阻器共测得5组电流、电压的数据,如表所

示。请作出蓄电池路端电压U随电流I变化的U-I图像【2】,根据图像得出蓄电池的电动势为

V(保留三位有效数字),内阻为

Ω(保留一位有效数字)。电流表读数I/A1.721.350.980.630.34电压表读数U/V1.881.921.931.981.990~0.6A0~3V1Ω2.03(2.01~2.04均可)0.09(0.08也对)

信息提取

【1】保护电阻R0的作用是防止滑动变阻器接入电路中的电阻过小时电流过大

而损坏器材。【2】路端电压U随电流I变化的U-I图像的纵轴截距表示电动势,斜率的绝对值表示内阻大

小。思路点拨

本实验考查伏安法测电源电动势和内阻。选取实验器材时,需要综合考虑,要从

“安全可行、测量精确、便于操作【3】”三个方面入手。用伏安法测电源电动势和内阻时,

由闭合电路欧姆定律E=U+Ir,变形后可得U=E-Ir。作出U-I图像,图像的纵轴截距表示电源电

动势,斜率的绝对值表示内阻。解析

(1)因蓄电池的电动势约为2V,故电压表量程选0~3V。若电流表量程选0~3A,为了减

小误差,电表指针应达到满偏的

及以上,电流需在1A以上,这样,电路总电阻应在R=

=

Ω=2Ω以下,变化范围太小,不利于滑动变阻器操作,所以电流表量程应选0~0.6A(由【3】得

到)。(2)若定值电阻R0选用的阻值为10Ω,则电路中电流最大约为I=

=

A=0.2A,电流值不到电流表小量程的

,不利于精确读数,故定值电阻选用的阻值为1Ω(由【3】得到)。(3)纵坐标不从0开始,可提高图线精度。描出5个点后,用一条直线来“拟合”坐标系中描出

的点。由图线与纵轴的交点可知E=2.03V,即蓄电池的电动势为2.03V,r=

=

Ω=0.09Ω,故内阻约为0.09Ω(由【2】得到)。答案

(1)0~0.6A

0~3V

(2)1Ω

(3)如图所示

2.03(2.01~2.04均可)

0.09(0.08也对)

定点2测电源电动势和内阻的其他常用方法安阻法用一个电流表和电阻箱测量,电路如图所示

数据处理:(1)公式法:测出两组电阻箱的不同阻值及对应电流,由闭合电路欧姆定律得E=I1(R1+r),E=I2(R2+r),由此可求出E=

,r=

(2)图像法:由闭合电路欧姆定律有E=I(R+r),其中E和r为常量,I和R为变量,变形得=

+

R,则与R的关系图线是一条如图所示的直线,直线在纵轴的截距为b,斜率为k,则有E=,r=

实验误差:①此种方法使测得的电动势无偏差,内阻偏大②若已知电流表A的阻值可消除测量内阻的系统误差伏阻法用一个量程合适的电压表和电阻箱测量,电路如图所示

数据处理:(1)公式法:测出两组电阻箱的不同阻值及其对应电压,由闭合电路欧姆定律有E=U1+r,E=U2+r,由此可求出E=

,r=

(2)图像法:由闭合电路欧姆定律可得E=U+

r,其中E和r为常量,U和R为变量,变形得

=+

·

,可见-

图线为一条直线,如图所示,直线的斜率k=,纵轴截距b=,由此解得E=,r=

实验误差:此种方法测得的电动势和内阻均偏小安安法用电流表G(内阻为Rg)和电流表A、滑动变阻器R、定值电阻R0测量,电路如图

数据处理:把内阻已知的电流表G和定值电阻R0串联改装成一个电压表,分别测两组电流表G和A的

读数,由闭合电路欧姆定律可得E=IG1(R0+Rg)+(IA1+IG1)r,E=IG2(R0+Rg)+(IA2+IG2)r,由此可求出E=

,r=

伏伏法用两个电压表V1、V2和滑动变阻器R、定值电阻R0测量,电路如图

数据处理:把其中一个电压表和定值电阻R0并联改装成一个电流表,读出两组两个电压

表的示数,由闭合电路欧姆定律可得E=U2+

(r+R0),E=U2‘+

(r+R0),由此可求出E=,r=

等效电源法条件:当电源内阻r过小时,如果直接测量,测出电源的内阻误差较大解决方法:用一个适当的定值电阻R0与电源串联,并把它们看成一个等效电源,这个等效电源的内阻r0=R0+r,其中r是被测电源的内阻,测出这个等效电源的内阻r0,则被测电源的内阻r=r0-R0

典例2有一特殊电池,它的电动势约为9V【1】,内阻约为40Ω,已知该电池允许输出的最大电流

为50mA【2】。为了测定这个电池的电动势和内阻,某同学利用如图甲所示电路进行实验,图

中电流表的内阻RA=5Ω,R为电阻箱【3】,阻值范围为0~999.9Ω,R0为定值电阻,对电源起保护作

用。(1)本实验中的R0应选

。甲A.10ΩB.50ΩC.150ΩD.500Ω(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,读取电流表的示数,记录多组

数据,作出了如图乙所示的图线,则根据图线可求得该电池的电动势E=

V,内阻r=

Ω。乙C10

45信息提取

【1】【2】已知电源电动势和允许通过的最大电流,可求出电路中的最小电阻;【3】图中有电流表和电阻箱,利用安阻法求电源电动势和内阻。思路点拨

根据闭合电路欧姆定律