实验：测量电池的电动势和内阻

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.9 实验：测定电池 的电动势和内阻,1,一、实验原理,闭合电路欧姆定律,E=U+Ir,E=U,1,+I,1,r,E=U,2,+I,2,r,求出,E、r,电压表、电流表测,U、I,思考：,有没有其他方法？,U=IR,电流表、两个定值电阻,I=U/R,电压表、两个定值电阻,为了减小偶然性误差，写出,U-I,图线，通过图线上的截距，斜率求解,E,和,r,2,二、实验方案和电路图（三种情况）,1、用电压表、电流表测电池的,E,、,r,2、用电流表、定值电阻测电池的,E、r,电阻箱,A,V,电流表常采用相对电源外接法，为何？,电源内阻和电流表内阻均较小，相差不多，若不这样，电流表分压较多，则测量误差较大。电压表应测量路端电压。,3,3、用电压表、定值电阻测电池的,E、r,电阻箱,二、实验方法,1、水果电池,优点：,内阻较大,缺点：,内阻易变化,2、测出多组作图求解,求平均值，减小误差。,4,实验步骤,1,：按原理图连接实物图,A,V,S,R,2,、把变阻器的滑片移到一端使电阻值最大,3,、闭合电键，调节变阻器，,使电,流,表的读数有明显示数,，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几 组,U,，,I,值。,4,、断开电键，整理好器材,5,三、数据处理,方法一：公式法,改变,R,的阻值，从电流表和电压表中读取两组,I,、,U,的值，代入方程组联立求解，多测量几次,I,、,U,的值，算出,E,、,r,取平均值,.,A,V,S,R,也是为理想电表情况的方程。,当考虑电压表的分流：,6,方法二：图象法,以为横坐标，为纵坐标，用测出几组的，值画出,-,图像，,为了充分利用坐标纸，纵坐标常用最小电压值为起点，不以零为起点,。,图线跟纵轴的交点即为电动势,E,的值，图线的斜率的绝对值即为内阻的值。,写出数学表达式，利用截距、斜率求,E,和,r,。,U=E-Ir,截距,E,、斜率,r,。,2.U,路端,=U,测,。,I,真,I,测,。电压表分流的原因。,I,真,A,V,R,E,真,r,真,Iv,I,误差分析,U/V,I/A,0,U,E,测,E,真,I,测,I,真,1.,当外路,R,短路时，电流表的示数,I,测,等于干路电流,I,真,。所以两图线相交于横轴一点。,偏小,r,测,r,真,E,测,U,路端,。电流表示数等真实值,2.,电流表相对待测电阻（电源内阻）内接,当外路断路时，,U,A,=0,，则,U,测,=E,，两图线相交于纵轴一点。,A,V,R,U/V,I/A,I,测,I,真,E,U,测,U,真,I,偏大,则,E,真,=E,测,r,测,r,真,。,8,四、注意,1、测干电池的电动势和内阻，应选用旧电池,旧电池的内阻较大，以使电压表示数变化明显,2、用电压表和电流表测电池的电动势和内阻，应选用安培表的外接法。,3、,U=0,时的电流为短路电流,4、根据图象求,E、r,误差较小,I,真,A,V,R,E,真,r,真,Iv,I,9,测电源,E,、,r,的几种方法与电路连接,(,理想电表）,10,例,1,、用伏安法测电池的电动势和内电阻的实验中，下列注意事项中错误的是 ( ),A,应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显,B,应选用内阻较小的电压表和电流表,C,移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载,D,根据实验记录的数据作,U,一,I,图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧,B,11,2、下面给出多种用伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是 （ ）,A,测出两组,I、U,的数据，代入方程组,EU,1,十,I,1,r,和,EU,2,十,I,2,r，,求出,E,和,r,B,多测几组,I、U,的数据，求出几组,E、r，,最后分别求出其平均值,C,测出多组,I、U,的数据，画出,UI,图象，再根据图象求,E、r,D,多测出几组,I、U,数据，分别求出,I,和,U,的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势,E，,再用闭合电路欧姆定律求出内电阻。,C,分析：,ABD,都会产生偶然性误差,12,3,、测量电源,B,的电动势,E,及电阻,r,（,E,约为,4.5V,，,r,约为,1.5,）,器材：量程,3V,的理想电压表、量程,0.5A,的电流表（具有一定内,阻）、固定电阻,R=4,、电键,K,、滑线变阻器,R,、导线若干,要求： 画出实验电路原理图（图中各元件需用题目中给出的符,号或字母标出）, 实验中，当电流表读数为,I,1,时，电压表读数为,U,1,，当电,流表读数为,I,2,时，电压表读数为,U,2,，,则可以求出,E= _,r= _,（用,I,1,、,I,2,、,U,1,、,U,2,及,R,表示）,（,1,）电路如图所示：,A,V,K,B,R,R,13,例,1,测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：,A,待测干电池,(,电动势约为,1.5 V,，内阻小于,1.0 ),B,电流表,G(,满偏电流,I,g,3 mA,，内阻,R,g,10 ),C,电流表,A(0,0.6 A,，内阻,0.1 ),D,滑动变阻器,R,1,(0,20 ,，,10 A),E,滑动变阻器,R,2,(0,200 ,，,1 A),F,定值电阻,R,0,(990 ) G,开关和导线若干,类型一,实验器材与电路的选择,(1),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，于是他设计了图甲中的,a,、,b,两个参考实验电路其中合理的是图,_,所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能较准确的进行测量，滑动变阻器应选,_(,填写器材的代号,),(2),图乙为该同学根据,(1),中选出的合理实验电路，利用测出的数据绘出的,I,1,I,2,图线,(,I,1,为电流表,G,的示数，,I,2,为电流表,A,的示数,),，则由图线可得被测电池的电动势,E,_ V,，内阻,r,_,.,b,D,0.8(0.78,0.82,1.48(1.47,1.49,笔头改装,滑动变阻器阻值不要太大，最大电流大些。选用改变电路方便,14,【,解析,】,(1),电路,a,中电流表,A,和定值电阻,R,0,组成的电压表量程为,0.6990.1 V594 V,，而电源电动势仅约为,1.5 V,，所以电路,a,不合理，电路,b,合理，,电源的内阻较小，又滑动变阻器采用限流式改变电路，所以用滑动变阻器,R,1,改变电路较为方便,(2),根据实验原理可知电流表,G,的读数乘以,(10,990),，即为电路的路端电压，所以图线在纵轴上的截距乘以,(10,990),1 000 ,，可得电源电动势,E,1.4810,3,1 000 V,1.48 V,；从图线上取两点得电池的内阻,v,原理图及原理,E=U+Ir,两电表是理想情况的,1.,由电路图及原理列出变化量间的关系，即自变量,I,2,和因变量,I,1,的关系式。,2.,找出斜率、截距的表达式。,E=U+I,2,r,电压表的示数,U=I,1,(R,G,+R,0,),所以,0.1,1000,15,例,2.,图甲是利用两个电流表,A,1,和,A,2,测量干电池电动势,E,和内阻,r,的电路原理图图中,S,为开关，,R,为滑动变阻器，固定电阻,R,1,和,A,1,内阻之和为,10000 (,比,r,和滑动变阻器的总电阻都大得多,),，,A,2,为理想电流表,(1),按电路原理图在图乙虚线框内各实物图之间画出连线,(2),在闭合开关,S,前，将滑动变阻器的滑动端,c,移动至,_(,填“,a,端”、“中央”或“,b,端”,),(3),闭合开关,S,，移动滑动变阻器的滑动端,c,至某一位置，读出电流表,A,1,和,A,2,的示数,I,1,和,I,2,，多次改变滑动端,c,的位置，得到的数据为,在图所示的坐标纸上以,I,1,为纵坐标、,I,2,为横坐标画出所对应的,I,1,I,2,曲线,类型二,电路的连接和实验数据的处理,I,1,(mA),0.120,0.125,0.130,0.135,0.140,0.145,I,2,(mA),480,400,320,232,140,68,b,端,利用数据表求解，偶然性误差（读数、画图引起的）较大,可把,A,1,和,R,1,视作构成的理想电压表,16,(4),利用所得曲线求得电源的电动势,E,_ V,，内阻,r,_ .(,保留两位小数,),(5),该电路中电源输出的短路电流,I,m,_ A.,R,1,+R,A1,相当于电压表，,I,1,远小于,I,2,，则,干路,I=I,2,。可视作理想电压表,17,3,现有一特殊电池，它的电动势,E,约为,9 V,，内阻,r,约为,40 ,，已知该电池允许输出的最大电流为,50 mA.,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的电路进行实验，图中电流表的内阻,R,A,已经测出，阻值为,5 ,，,R,为电阻箱，阻值范围,0,999.9 ,，,R,0,为定值电阻，对电路起保护作用,(1),实验室备有的定值电阻,R,0,有以下几种规格：,A,10 ,B,50 C,150 D,500 ,本实验选用哪一种规格的定值电阻最好,_,(2),该同学接入符合要求的,R,0,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，作出了图乙所示的图线，则根据该同学作出的图线可求得该电池的电动势,E,_ V,，内阻,r,_ .,(1),回路中的最小电阻,R,总,E/I,m,180 ,，,R,0,为保护电阻，当,R,0,时，欲使电源电流也不会超出,50 mA,，则最小,R,0,R,总,r,R,A,135 ,，,C,最合适，,A,、,B,太小起不到保护作用，,D,太大，会使电路中的电流测量范围太小,C,10,45,18,1,在用图甲所示的电路测电池电动势和内电阻时，由于电压表的分流作用造成,系统误差,，图乙所示的,U,I,图象中有两条直线,AB,和,A,B,，其中一条是根据实测数据画出的直线，另一条是修正电压表分流所引起的误差得到的直线，由图可知，正确的是,(,),A,AB,是根据实测数据画出的直线,B,A,B,是根据实测数据画出的直线,C,路端电压,U,越大，通过电压表的电流越大,D,由于电压表的分流作用，使电池电动势和内电阻的测量值都小于真实值,答案：,ACD,练习,系统误差：由于实验工具引起的误差,19,2,在用伏安法测定电池的电动势和内阻的实验中，图是某一同学的实际接线图，图中接线有一处错误，只需去掉一根导线，这根导线的编号是,_,3,图中,E,为直流电源，,R,为已知电阻，,V,为理想电压表，其量程大于电源电动势，,S,1,和,S,2,是开关现要利用图中电路测量电源的电动势,E,和内阻,r,，试写出主要实验步骤及结果的表达式,1.,测电动势,2.,测内阻,20,4,测量电池的电动势,E,及内阻,r(E,约为,6 V,，,r,约为,1.5 ),器材：量程,3 V,的理想电压表,V,，量程,0.6 A,的电流表,A(,具有一定内阻,),，固定电阻,R,8.5 ,，滑动变阻器,R(0,10 ),，开关,S,，导线若干,(1),在图的虚框中画出实验电路原理图图中各元件需用题目中所给出的符号或字母标出,(2),用笔画线代替导线在图完成实物连线,(3),实验中，当电流表读数为,I,1,时，电压表读数为,U,1,；当电流表读数为,I,2,时，电压表读数为,U,2,，则可以求出,E,_,，,r,_.(,用,I,1,，,I,2,，,U,1,，,U,2,及,R,表示,),解析：本题考查实验原理和实验图的连接，及处理实验数据的能力,(1),、,(2),如图甲、乙所示,21,5.,如图所示，用一只电流表和两个定值电阻测定电源电动势和内电阻的实验中，由于未考虑电流表的内阻，其测量值,E,和,r,与真实值,E,0,和,r,0,相比较，正确的是,(,),A,E,E,0,，,r,r,0,B,EE,0,，,rr,0,D,EE,0,，,rr,0,C,A,V,R,类似下图,22,6,在测定一节干电池,(,电动势约为,1.5 V,，内阻约为,2 ),的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选：,A,电压表量程为,15 V,；,B.,电压表量程为,3 V,；,A,变阻器为,(20 ,，,3 A),；,B.,变阻器为,(500 ,，,0.2 A),电压表应该选,_(,填,A,或,B),，这是因为,_,变阻器应该选,_(,填,A,或,B),，这是因为,_,解析：本题主要考查学生对电学仪器的选择电学仪器的选择最主要的有两条原则,(1),安全，即不能超量程,(2),方便，即便于读数和调节,由于电动势约为,1.5 V,，故选量程为,3 V,的电压表，读数既准确，又方便，,B,变阻器额定电流太小，调节不方便，故选,A,变阻器,23,课时练,P74 T5,，,T6,24,祝同学们学习愉快！,再见！,25,