遼寧省大連市高中物理 第2章 恒定電流 2.10 實(shí)驗(yàn)：測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、這是常用的電池，你知道怎樣測得它的電動(dòng)勢和內(nèi)阻嗎？,本節(jié)我們將學(xué)習(xí)它們的測量方法。,這是一個(gè)測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的裝置。,第二章 恒定電流,第九節(jié) 實(shí)驗(yàn)：測定電池的 電動(dòng)勢和內(nèi)阻,★ 學(xué)會(huì)用U-I圖線處理數(shù)據(jù)的方法。,★ 掌握用電壓表和電流表測定電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的方法。,1.知識(shí)與能力,★ 知道測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理，進(jìn)一步感受電源路端電壓隨電流變化的關(guān)系。,★ 經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程，掌握實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)會(huì)根據(jù)圖象合理外推進(jìn)數(shù)據(jù)處理得方法。,2.過程與方法,3.情感態(tài)度與價(jià)值觀,★ 培養(yǎng)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的熱情，并引領(lǐng)提高其理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。,★ 提高學(xué)生觀察并獨(dú)立思考的能力，讓其在今后生活

2、中都受益匪淺。,重點(diǎn)：,難點(diǎn)：,1.實(shí)驗(yàn)原理,2.實(shí)驗(yàn)方法,3.數(shù)據(jù)處理,1.實(shí)驗(yàn)原理,有多種方法可以測量電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，在這里我們介紹三種，方法如下。,測出兩組U、I的值，就能算出電動(dòng)勢和內(nèi)阻。,1、根據(jù)E=U外+Ir,如右圖中，電源電動(dòng)勢E、內(nèi)電阻r，與路端電壓U外、電流I的關(guān)系式就是E=U外+Ir,,如果能測出U、I的兩組數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程，于是能夠從中解出E和r。因此，用電壓表、電流表加上一個(gè)可以改變的電阻，就能測定電源的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r。,2、根據(jù)E=IR+Ir,測出兩組I、R的值，就能算出電動(dòng)勢和內(nèi)阻。,如果能得到I、R的兩組數(shù)據(jù)，也可以得到關(guān)于E和r的兩個(gè)方

3、程，于是能夠從中解出E和r。這樣，用電流表、電阻箱也可以測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻。,3、根據(jù),測出兩組U、R的值，就能算出電動(dòng)勢和內(nèi)阻。,如果能得到U、R的兩組數(shù)據(jù)，同樣能通過解方程組求出E和r。這樣，除了以上兩個(gè)方法外，還可以用電壓表、電阻箱來測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻。,下面我們根據(jù)第一種方法進(jìn)行一次推論：,1.根據(jù)閉合電路歐姆定律 E=U外+Ir， 則 路端電壓 U外=E-Ir.,2.改變負(fù)載電阻，可得到不同的路端電壓.,E，r不變,,負(fù)載R增大,,電流I減小,,U內(nèi)減小,,U外增大,3.在電路中接入的負(fù)載電阻分別是R1、R2時(shí)，對應(yīng)的 在電路中產(chǎn)生的電流為I1、I2，路端電壓為U1、

4、 U2，則代入，可獲得一組方程：,其他兩種也可以根據(jù)上述方法推導(dǎo)，在這里我們就不一一介紹了。請同學(xué)們課下一定要自己推導(dǎo)一遍。,從而計(jì)算出：,把較粗的銅絲和鐵絲相隔約幾毫米插入馬鈴薯或蘋果中，就制成了一個(gè)水果電池（銅絲和鐵絲相距越近、插入越深，電池的內(nèi)阻就越?。?，銅絲是電池的正極，鐵絲是負(fù)極。我們來測水果電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻?，F(xiàn)在以“實(shí)驗(yàn)原理”中的第一個(gè)思路為例，說明實(shí)驗(yàn)的方法。這個(gè)方法的特點(diǎn)是簡單明了，而且便于通過作圖處理數(shù)據(jù)，缺點(diǎn)是要同時(shí)使用兩個(gè)電表來測量電流和電壓。,2.實(shí)驗(yàn)方法,如下圖所示，把可變電阻R設(shè)在某一較大阻值，閉合開關(guān)后用直流電壓擋測出電阻兩端的電流。把電壓值和電流值記錄在預(yù)先

5、繪制的表格中。,減小電阻，通過它的電流隨之增大。這樣又獲得電壓和電流的另一組數(shù)據(jù)。與此類似，可以得到多組電壓、電流值，然后用以下方法處理數(shù)據(jù)，求得電源電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r。,如果認(rèn)為水果電池不太穩(wěn)定，也可改為測量干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻。接下來讓我們做一下測量干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)。,用水果電池做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是它的內(nèi)阻比較大，容易測量。但任何電池在使用過程中，由于化學(xué)反應(yīng)正極附近都會(huì)析出氣體，在一定程度上使電極與電解質(zhì)溶液（水果電池中就是果汁）隔離，明顯地改變了內(nèi)阻，水果電池尤其是這樣。所以測量前要做好充分的準(zhǔn)備，測量盡量迅速，使得內(nèi)阻發(fā)生較大變化之前結(jié)束測量。,實(shí)驗(yàn),上面我們已經(jīng)具體介紹，在這

6、里就不多說了。,伏特表、安培表、 滑動(dòng)變阻器、電鍵、導(dǎo)線、 被測電池,(1) 連接電路，開始開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài), 滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大.,(3)閉合電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片的位置，讀出電流I、電壓U的值, 重復(fù) 5 次 ,列表記錄.,(2)檢查:電表的指針是否指零 量程選擇合適,,(4)整理好器材，利用公式或U-I圖象處理記錄的數(shù)據(jù)，求出電源的E和r.,(1)電池的選擇: 為使實(shí)驗(yàn)中U隨I的變化明顯，應(yīng)選用內(nèi)阻較大的電池，可以用舊些的干電池，但過舊的電池雖然內(nèi)阻大，但電動(dòng)勢不穩(wěn)定，也不宜使用。,(2)防止電池極化: 電路中的電流較大時(shí)電池極化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)勢明顯

7、下降和內(nèi)阻明顯增大. 因此通電時(shí)間越短越好，讀完數(shù)據(jù)立即切斷電源，要特別注意測量時(shí)絕不允許負(fù)載短路。,(3)作U-I圖象時(shí)的注意點(diǎn)： 用作圖法時(shí)，滑動(dòng)變阻器阻值應(yīng)在幾歐至幾十歐的較大范圍內(nèi)變化，使各組數(shù)據(jù)差別大些，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要多取幾組， 由于讀數(shù)等偶然誤差的存在，描出的點(diǎn)不完全在同一直線上。,用兩組I和U的數(shù)據(jù)，代入E=U+Ir中，解方程組可以算出電池的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r。這樣做雖然簡單，誤差卻可能很大。 為了減小誤差，可以多測幾組I和U的數(shù)據(jù)，分別列出若干組聯(lián)立方程，求出若干組E和r，最后以E的平均值和r的平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這個(gè)方法的誤差只比兩組I、U的數(shù)據(jù)求得的結(jié)果的誤差要小。 這

8、里介紹另一種方法，它也能減小結(jié)果的誤差，而且更簡便、更直觀。,3.數(shù)據(jù)處理,把E=U+Ir改寫成U=-rI+E，其中r、E分別是電池的內(nèi)阻和電動(dòng)勢，對于一個(gè)電池來說是常量；而對不同的幾次測量來說，U、I各不相同，是變量。所以此式可以看做一個(gè)一次函數(shù)的表達(dá)式，它的U-I圖象是一條直線。 以I為橫坐標(biāo)、U為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)幾組I、U的測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)。此時(shí)可以看到這些點(diǎn)大致呈直線分布。如果發(fā)現(xiàn)個(gè)別明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，應(yīng)該把它剔除。用直尺畫一條直線，使盡量多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)能大致均衡地分布在直線兩側(cè)，這條直線就能較好地代表U-I關(guān)系。,這條直線與U坐標(biāo)軸的交點(diǎn)表示I

9、=0，屬于斷路的情況，這時(shí)的電壓U等于電源的電動(dòng)勢。這條直線與I縱坐標(biāo)的交點(diǎn)表示U=0，屬于短路的情況，根據(jù)短路電流I短跟電源內(nèi)阻r、電動(dòng)勢E的關(guān)系 ，可以求出電源的內(nèi)阻r。,1.實(shí)驗(yàn)原理,1、根據(jù)E=U外+Ir,2、根據(jù)E=IR+Ir,3、根據(jù),2.實(shí)驗(yàn)方法,把較粗的銅絲和鐵絲相隔約幾毫米插入馬鈴薯或蘋果中，就制成了一個(gè)水果電池（銅絲和鐵絲相距越近、插入越深，電池的內(nèi)阻就越?。?，銅絲是電池的正極，鐵絲是負(fù)極。 測量干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的具體實(shí)驗(yàn)。,3.數(shù)據(jù)處理,以I為橫坐標(biāo)、U為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)幾組I、U的測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)。此時(shí)可以看到這些點(diǎn)大致呈直線分布。如果發(fā)現(xiàn)

10、個(gè)別明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，應(yīng)該把它剔除。用直尺畫一條直線，使盡量多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)能大致均衡地分布在直線兩側(cè)，這條直線就能較好地代表U-I關(guān)系。,1．在測定電源電動(dòng)勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，為使實(shí)驗(yàn)效果明顯且不會(huì)損害儀器，應(yīng)選擇下列電源中 （ ）,A．內(nèi)阻較大的普通干電池 B．內(nèi)阻較小的普通干電池 C．小型交流發(fā)電機(jī) D．小型直流發(fā)電機(jī),A,2．在測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，待測電池、開關(guān)和導(dǎo)線配合下列哪組儀器，可以達(dá)到測定目的（ ）,A．一只電流表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器 B．一只電流表和一只電壓表 C．一只電流表和一個(gè)電阻箱 D．一只電壓表和一個(gè)電阻

11、箱,CD,3．如圖示的電路中，R1 、R2為標(biāo)準(zhǔn)電阻，測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻時(shí)，如果偶然誤差可以忽略不計(jì)，則電動(dòng)勢的測量值真實(shí)值，內(nèi)阻的測量值 真實(shí)值，產(chǎn)生誤差 的 。,>,電流表本身有電阻,4．用伏安法測一節(jié)干電池的電動(dòng)勢ε和內(nèi)電阻r，所給的器材有:(A)電壓表V:0—3—15V；(B)電流表A:0—0.6—3A；(C)變阻器R1(總電阻20Ω)；(D)變阻器R2(總電阻100Ω)；以及電鍵S和導(dǎo)線若干. (1)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖(標(biāo)明變阻器規(guī)格). (2)如圖所示的U-I圖上是由實(shí)驗(yàn)測得的7組數(shù)據(jù)標(biāo)出的點(diǎn)，請你完成圖線，并由圖線求出ε=_ _______V，r=_____

12、 ___Ω. (3)若只選用兩組數(shù)據(jù)，用歐姆定律算出ε、r，有可能誤差較大.若選用第________和第________組數(shù)據(jù)誤差最大.,1.5,0.5,6,5,上題圖,電路如圖,20%,提示,5%,（1）通過電壓表的電流 通過Rx的電流,Rx的實(shí)際阻值 Rx的測量值 結(jié)果百分誤差 （2）同理可得電流表改為內(nèi)接時(shí)，結(jié)果百分誤差=5%。,2.答：因蓄電池的電動(dòng)勢為2V，故電壓表量程應(yīng)選3V擋。 若定值電阻取10Ω，則電路中電流最大不超過0.2A，電流值不到電流表量程的1/3，不利于精確讀數(shù)，故定值電阻只能取1Ω。,1.答：該實(shí)驗(yàn)方案的主要缺點(diǎn)是，將路端電壓和電流分兩次測量。由于

13、電表內(nèi)阻的影響，兩次測量時(shí)電路并不處于同一狀態(tài)，也就是說，測得的電流值，已不是測電壓時(shí)電路中的電流值了。另外，在測量中需要不斷改變電路，操作也不方便。,若電流表量程選3A，為了便于讀數(shù)（應(yīng)使指針半偏及以上），電流需在1.5A以上。這樣，電路的總電阻應(yīng)在1.33Ω以下，變化范圍太小，不利于滑動(dòng)變阻器操作，所以電流表量程應(yīng)選0.6A。 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值大于10Ω時(shí)，電流小于0.2A，電流表示數(shù)較小，不利于精確讀數(shù)，所以滑動(dòng)變阻器的阻值只用到10Ω以內(nèi)的部分。如果用200Ω的變阻器，大于10Ω的部分幾乎無用。所以變阻器選E。 說明：選取實(shí)驗(yàn)器材，需要綜合考慮，學(xué)生的困難往往在于顧此失彼。要讓學(xué)生知道，選擇器材要從“安全可行、測量精確、便于操作”三方面考慮。,3.答：U-I圖象如圖所示。由圖象可知： E=2.03V，r=0.56Ω。,