人教版高中物理必修第三册第十二章电能能量守恒定律12-3实验：电池电动势和内阻的测量课件

第十二章电能能量守恒定律3实验:电池电动势和内阻的测量一、实验思路1.通过前面的学习,我们知道测量电阻最常用的方法就是伏安法.电动势和内阻是电源的重要参量,要测量一个电池的电动势和内阻,依据伏安法如何设计该实验?选用什么器材?把你自己研究的方案写出来.答案:依据伏安法可设计如图所示的电路.根据闭合电路欧姆定律,电源电动势E、内阻r与路端电压U、电流I的关系可以写成E=U+Ir.如果能测出U、I的多组数据,就可以列出关于E、r的方程,从而解出E和r.所用器材:电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等.2.如果只有一个电流表没有电压表,又该怎么设计电路,需要什么器材?如果只有一个电压表呢?答案:如果只有一个电流表,无法直接测量电压,可借助一电阻箱设计如图甲所示电路.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:电池、开关、导线、电阻箱、电流表等.甲如果只有一个电压表,无法直接测量电流,可借助一电阻箱设计如图乙所示电路.乙

二、进行实验(以伏安法为例)1.确定电流表、电压表的量程(电流表用0~0.6A量程,电压表用0~3V量程),按实验原理图(如图)连接好电路.2.把滑动变阻器的滑片移动到使其接入电路中的阻值最大的一端.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(U1、I1),用同样的方法多测量几组U、I值.4.断开开关,整理好器材.三、数据记录分别将记录的电流表、电压表示数填入设计好的表格中.测量量实验次数123456I/A

U/V

四、数据分析根据实验测得的路端电压U、电流I,怎样得到电池的电动势和内阻?答案:可用以下两种方法得出电池电动势和内阻.

五、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:电压表的分流作用使从电流表上读出的数值比流过电源的电流小一些.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,如图所示,可见E测<E真,r测<r真.六、注意事项(1)为使电池的路端电压有明显变化,应选取内阻较大的旧干电池.(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明显变化.(3)若干电池的路端电压变化不很明显,作图像时,纵轴标度可取得小一些,且纵轴起点可不从0开始.

命题角度1

巩固强化——应该怎么做【典例1】利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻,要求尽量减小实验误差.(1)应该选择的实验电路是图中的

(选填“甲”或“乙”).

甲乙(2)现有开关和导线若干,以及以下器材:A.电流表(0~0.6A)B.电流表(0~3A)C.电压表(0~15V)D.电压表(0~3V)E.滑动变阻器(0~10Ω)F.滑动变阻器(0~500Ω)实验中电流表应选用

,电压表应选用

,滑动变阻器应选用

.(均选填相应器材前的字母)

解析:(1)如果用题图乙电路,误差来源于电流表的分压作用,测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分,而电流表内阻与电源内阻很接近,故电源内阻测量误差大;用题图甲电路,误差来源于电压表的分流作用,因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻,故电压表的分流作用很小,测量引起的误差小,故选择甲电路图.(2)电源电动势约为1.5V,因此电压表量程选择0~3V,故选D;为使电流表指针有较大角度的偏转,需选用小量程电流表和全阻值小的滑动变阻器,故电流表选A,滑动变阻器选E.答案:(1)甲(2)A

D

E选择仪器的原则(1)安全性原则,即一定要保证仪器的安全.对电表来讲不超过量程,对滑动变阻器来讲不能超过其额定电流.(2)精确性原则,即要保证测量时读数精确.对电表来讲在不超量程的前提下,尽量选用小量程的,对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近.(3)方便性原则,此原则主要针对滑动变阻器.在滑动变阻器控制电路时,电路的电压、电流的变化范围要尽可能大,以便获取多组测量值.【典例2】用电流表和电压表测量电源的电动势和内阻,实验原理图及所需器材如图甲、乙所示.(1)在图乙中用笔画线代替导线将器材按原理图连接成实验电路.甲乙(2)一位同学记录的6组数据见下表:I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05试根据这些数据在图丙中作出U-I图像,根据图像读出电源的电动势E=

V,求出电源内阻r=

Ω.

丙

答案:(1)如图甲所示.

(2)如图乙所示.

1.46(1.45~1.47均可)

0.71(0.69~0.73均可)甲乙命题角度2拓展迁移——还能怎么做1.对实验原理再设计,除了常用的伏安法、安阻法、伏阻法,还可以采用安安法.2.对实验器材的改进:使用电压传感器、电流传感器替代电压表、电流表,可提高读数的准确性和操作的便捷性.【典例3】测定一组干电池的电动势和内阻的实验中,备有下列器材:A.待测的干电池B.电流表A1(内阻可忽略不计)C.电流表A2(内阻可忽略不计)D.定值电阻R0(阻值1000Ω)E.滑动变阻器R(阻值0~20Ω)

F.开关和导线若干某同学发现上述器材中虽然没有电压表,但给出了两个电流表,于是他设计了如图甲所示的电路完成实验.(1)在实验操作过程中,该同学将滑动变阻器的滑片向左滑动,则电流表A1的示数将

(选填“变大”或“变小”).

甲(2)该同学利用测出的实验数据绘出的I1-I2图像如图乙所示(I1为电流表A1的示数,I2为电流表A2的示数,且I2的数值远大于I1的数值),则由图线可得被测电源的电动势E=

V,内阻r=

Ω(计算结果保留两位有效数字)

.乙(3)若将图线的纵坐标改为

,则图线在纵轴的截距的物理含义为电源电动势.

答案:(1)变大(2)3.0

1.0

(3)I1R0【典例4】为了测定电源电动势E、内阻r和定值电阻R0的阻值,某同学利用传感器设计了图甲所示的电路,闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片P向某一方向移动时,通过电压传感器1、电压传感器2和电流传感器测得的数据,用计算机分别描绘了图乙所示的M、N两条U-I直线,请回答下列问题:甲乙(1)根据图乙中的M、N两条直线可知,

.

A.直线M是根据电压传感器1和电流传感器的数据绘得的B.直线M是根据电压传感器2和电流传感器的数据绘得的C.直线N是根据电压传感器1和电流传感器的数据绘得的D.直线N是根据电压传感器2和电流传感器的数据绘得的(2)根据图乙可以求得定值电阻R0=

Ω.

(3)电源电动势E=

V,内阻r=

Ω.

解析:(1)定值电阻的U-I图像是正比例函数图线,一定经过原点,故图线M是根据电压传感器2和电流传感器的数据绘得的;而图线N的电压随电流的增大而减小,故图线N是由电压传感器1和电