遼寧省大連市高中物理 第2章 恒定電流 2.10 實驗：測定電池的電動勢和內(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勢和內(nèi)阻嗎？,本節(jié)我們將學習它們的測量方法。,這是一個測量電源電動勢和內(nèi)阻的裝置。,第二章 恒定電流,第九節(jié) 實驗：測定電池的 電動勢和內(nèi)阻,★ 學會用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勢和內(nèi)阻的方法。,1.知識與能力,★ 知道測量電源電動勢和內(nèi)阻的實驗原理，進一步感受電源路端電壓隨電流變化的關系。,★ 經(jīng)歷實驗過程，掌握實驗方法，學會根據(jù)圖象合理外推進數(shù)據(jù)處理得方法。,2.過程與方法,3.情感態(tài)度與價值觀,★ 培養(yǎng)學生探究實驗的熱情，并引領提高其理論與實踐相結合的能力。,★ 提高學生觀察并獨立思考的能力，讓其在今后生活

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

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勢和內(nèi)阻。,3、根據(jù),測出兩組U、R的值，就能算出電動勢和內(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，除了以上兩個方法外，還可以用電壓表、電阻箱來測定電源的電動勢和內(nèi)阻。,下面我們根據(jù)第一種方法進行一次推論：,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.改變負載電阻，可得到不同的路端電壓.,E，r不變,,負載R增大,,電流I減小,,U內(nèi)減小,,U外增大,3.在電路中接入的負載電阻分別是R1、R2時，對應的 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，在這里我們就不一一介紹了。請同學們課下一定要自己推導一遍。,從而計算出：,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，鐵絲是負極。我們來測水果電池的電動勢和內(nèi)阻?，F(xiàn)在以“實驗原理”中的第一個思路為例，說明實驗的方法。這個方法的特點是簡單明了，而且便于通過作圖處理數(shù)據(jù)，缺點是要同時使用兩個電表來測量電流和電壓。,2.實驗方法,如下圖所示，把可變電阻R設在某一較大阻值，閉合開關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)，求得電源電動勢E和內(nèi)阻r。,如果認為水果電池不太穩(wěn)定，也可改為測量干電池的電動勢和內(nèi)阻。接下來讓我們做一下測量干電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗。,用水果電池做這個實驗的優(yōu)點是它的內(nèi)阻比較大，容易測量。但任何電池在使用過程中，由于化學反應正極附近都會析出氣體，在一定程度上使電極與電解質溶液（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備，測量盡量迅速，使得內(nèi)阻發(fā)生較大變化之前結束測量。,實驗,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、 滑動變阻器、電鍵、導線、 被測電池,(1) 連接電路，開始開關應處于斷開狀態(tài), 滑動變阻器阻值調(diào)到最大.,(3)閉合電鍵，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片的位置，讀出電流I、電壓U的值, 重復 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: 為使實驗中U隨I的變化明顯，應選用內(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電池極化現(xiàn)象比較嚴重，會導致電動勢明顯

7、下降和內(nèi)阻明顯增大. 因此通電時間越短越好，讀完數(shù)據(jù)立即切斷電源，要特別注意測量時絕不允許負載短路。,(3)作U-I圖象時的注意點： 用作圖法時，滑動變阻器阻值應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，實驗數(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的平均值作為實驗結果。這個方法的誤差只比兩組I、U的數(shù)據(jù)求得的結果的誤差要小。 這

8、里介紹另一種方法，它也能減小結果的誤差，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)阻和電動勢，對于一個電池來說是常量；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一次函數(shù)的表達式，它的U-I圖象是一條直線。 以I為橫坐標、U為縱坐標建立直角坐標系，根據(jù)幾組I、U的測量數(shù)據(jù)在坐標系中描點。此時可以看到這些點大致呈直線分布。如果發(fā)現(xiàn)個別明顯錯誤的數(shù)據(jù)，應該把它剔除。用直尺畫一條直線，使盡量多的點落在這條直線上，不在直線上的點能大致均衡地分布在直線兩側，這條直線就能較好地代表U-I關系。,這條直線與U坐標軸的交點表示I

9、=0，屬于斷路的情況，這時的電壓U等于電源的電動勢。這條直線與I縱坐標的交點表示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、電動勢E的關系 ，可以求出電源的內(nèi)阻r。,1.實驗原理,1、根據(jù)E=U外+Ir,2、根據(jù)E=IR+Ir,3、根據(jù),2.實驗方法,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，鐵絲是負極。 測量干電池的電動勢和內(nèi)阻的具體實驗。,3.數(shù)據(jù)處理,以I為橫坐標、U為縱坐標建立直角坐標系，根據(jù)幾組I、U的測量數(shù)據(jù)在坐標系中描點。此時可以看到這些點大致呈直線分布。如果發(fā)現(xiàn)

10、個別明顯錯誤的數(shù)據(jù)，應該把它剔除。用直尺畫一條直線，使盡量多的點落在這條直線上，不在直線上的點能大致均衡地分布在直線兩側，這條直線就能較好地代表U-I關系。,1．在測定電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，為使實驗效果明顯且不會損害儀器，應選擇下列電源中 （ ）,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 D．小型直流發(fā)電機,A,2．在測定電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，待測電池、開關和導線配合下列哪組儀器，可以達到測定目的（ ）,A．一只電流表和一個滑動變阻器 B．一只電流表和一只電壓表 C．一只電流表和一個電阻箱 D．一只電壓表和一個電阻

11、箱,CD,3．如圖示的電路中，R1 、R2為標準電阻，測定電源的電動勢和內(nèi)阻時，如果偶然誤差可以忽略不計，則電動勢的測量值真實值，內(nèi)阻的測量值 真實值，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和導線若干. (1)畫出實驗電路圖(標明變阻器規(guī)格). (2)如圖所示的U-I圖上是由實驗測得的7組數(shù)據(jù)標出的點，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的實際阻值 Rx的測量值 結果百分誤差 （2）同理可得電流表改為內(nèi)接時，結果百分誤差=5%。,2.答：因蓄電池的電動勢為2V，故電壓表量程應選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：該實驗方案的主要缺點是，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，電路的總電阻應在1.33Ω以下，變化范圍太小，不利于滑動變阻器操作，所以電流表量程應選0.6A。 當滑動變阻器的阻值大于10Ω時，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：選取實驗器材，需要綜合考慮，學生的困難往往在于顧此失彼。要讓學生知道，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。,