測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻課件

1、welcome電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)九：測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻主題內(nèi)容要求電路歐姆定律電阻定律電阻的串聯(lián)、并聯(lián)閉合電路的歐姆定律電功率、焦耳定律實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)七：測(cè)定金屬的電阻率 實(shí)驗(yàn)八：描繪小電珠的伏安特性曲線(xiàn) 實(shí)驗(yàn)十：練習(xí)使用多用表 實(shí)驗(yàn)十一：傳感器的簡(jiǎn)單使用 課程標(biāo)準(zhǔn)的要求1觀(guān)察并嘗試識(shí)別常見(jiàn)的電路元器件，初步了解它們?cè)陔娐?中的作用；2初步了解多用電表的原理，通過(guò)實(shí)際操作學(xué)會(huì)使用多用電表3通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究決定導(dǎo)線(xiàn)電阻的因素，知道電阻定律；4知道電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，理解閉合電路的歐姆定律；5測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻；6知道焦耳定律，了解焦耳定律在生活、生產(chǎn)中的作用；7通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀(guān)察門(mén)電路的基本作用，

2、初步了解邏輯電路的基 本原理以及在自動(dòng)控制中的作用；8初步了解集成電路的作用，關(guān)注我國(guó)集成電路以及元器件 研究的發(fā)展情況。1. U-I法如圖所示，改變R的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組I、U值，利用閉合電路歐姆定律U=E-Ir求出幾組E、r值，最后分別算出它們的平均值.由 用作圖法來(lái)處理數(shù)據(jù)：即在坐標(biāo)紙上以I為橫坐標(biāo)、U為縱坐標(biāo)，用測(cè)出的幾組I、U值畫(huà)出U-I圖象.如圖所示.所得直線(xiàn)跟縱軸的交點(diǎn)即為電動(dòng)勢(shì)的值，圖線(xiàn)斜率的絕對(duì)值即為內(nèi)電阻r的值.誤差分析：我們知道實(shí)際電壓表可以等效為理想電壓表和電阻RV的并聯(lián)，對(duì)于U-I法中的圖1電路，其誤差的主要來(lái)源是電流表的讀數(shù)小于實(shí)際的總電流，所以圖1可

3、等效為下面圖7電路。虛線(xiàn)部分可等效為一個(gè)電源，電壓表測(cè)的是等效電源的路端電壓，電流表測(cè)的是等效電源的總電流，故該電路測(cè)的是等效電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。根據(jù)等效電源知識(shí)有： 因，故該電路誤差極小。誤差分析：我們知道實(shí)際電流表可以等效為理想電流表和電阻RA的串聯(lián)，對(duì)于U-I法中的圖2電路，其誤差的主要來(lái)源是伏特表的讀數(shù)小于實(shí)際的路端電壓，所以圖2可等效為下面圖8電路。虛線(xiàn)部分可等效為一個(gè)電源，電壓表測(cè)的是等效電源的路端電壓，電流表測(cè)的是等效電源的總電流，故該電路測(cè)的是等效電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。根據(jù)等效電源知識(shí)有： 由于一般的電源的內(nèi)阻很小，而電流表的內(nèi)阻往往比電源的內(nèi)阻大，故該電路的測(cè)量誤差很大。 在“

4、測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中，（1）第一組同學(xué)利用如圖1-a實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行測(cè)量，電壓表應(yīng)選擇量程 （填“3V” 或“15V”），實(shí)驗(yàn)后得到了如圖1-b所示的圖象，則電池內(nèi)阻為 。 （2）第二組同學(xué)也利用圖1-a的電路連接測(cè)量另一節(jié)干電池，初始時(shí)滑片P在最右端，但由于滑動(dòng)變阻器某處發(fā)生斷路，合上電鍵后發(fā)現(xiàn)滑片P向左滑動(dòng)一段距離x后電流表才有讀數(shù)，于是該組同學(xué)分別作出了電壓表讀數(shù)U與x、電流表讀數(shù)I與x的關(guān)系圖，如圖1-C所示，則根據(jù)圖象可知，電池的電動(dòng)勢(shì)為 ，內(nèi)阻為 。在“測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中，（1）第一組同學(xué)利用如圖1-a實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行測(cè)量，電壓表應(yīng)選擇量程 （填“3V” 或“15V”

5、），實(shí)驗(yàn)后得到了如圖1-b所示的圖象，則電池內(nèi)阻為 。 （2）第二組同學(xué)也利用圖1-a的電路連接測(cè)量另一節(jié)干電池，初始時(shí)滑片P在最右端，但由于滑動(dòng)變阻器某處發(fā)生斷路，合上電鍵后發(fā)現(xiàn)滑片P向左滑動(dòng)一段距離x后電流表才有讀數(shù)，于是該組同學(xué)分別作出了電壓表讀數(shù)U與x、電流表讀數(shù)I與x的關(guān)系圖，如圖1-C所示，則根據(jù)圖象可知，電池的電動(dòng)勢(shì)為 ，內(nèi)阻為 。3V1.5 1.5V1 （1）當(dāng)用圖1-a的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5V，所以電壓表量程應(yīng)選3V；從圖1-b中的 圖象可知，圖線(xiàn)的斜率表示干電池的內(nèi)阻，即為 （2）由圖1-c可知當(dāng)電路中電流表的示數(shù)為零時(shí)，電壓表示數(shù)為1.5V，

6、即干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5V；當(dāng)路端電壓為1.35V時(shí)，電路中電流為0.15A，則電池內(nèi)阻為 硅光電池是一種可將光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。某同學(xué)用如圖2-a所示電路探究硅光電池的路端電壓U與通過(guò)電池的電流I的關(guān)系。圖中R0為已知的定值電阻，電壓表視為理想電壓表。（1）若電壓表V2的讀數(shù)為U0 ，則I= A ；（2）實(shí)驗(yàn)一：用一定強(qiáng)度的光照射硅光電池，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，通過(guò)測(cè)量得到該電池的U-I曲線(xiàn)a，如圖2-c所示。由此可知電池內(nèi)阻 （填“是”或“不是”）常數(shù)，短路電流為 mA ，電動(dòng)勢(shì)為 V;（3）實(shí)驗(yàn)二：減小實(shí)驗(yàn)一中光的強(qiáng)度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得U-I曲線(xiàn)b，如圖2-c所示。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的電阻為某值時(shí)，

7、若實(shí)驗(yàn)一中的路端電壓為1.5V。則實(shí)驗(yàn)二中外電路消耗的電功率為 mW（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。 （1）根據(jù)歐姆定律可知（2）路端電壓 ，若r為常數(shù)、則U-I圖為一條不過(guò)原點(diǎn)的傾斜的直線(xiàn)，由曲線(xiàn)a可知電池內(nèi)阻 常數(shù)；當(dāng)U = 0時(shí)的電流為短路電流，短路電流約為I0=295A0.295mA；當(dāng)電流I0時(shí)路端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)E，電源電動(dòng)勢(shì)約為 V。不是2.67（3）實(shí)驗(yàn)一中的路端電壓為U11.5V時(shí)電路中電流為I10.21mA，連接a中的點(diǎn)（0.21mA、1.5V）和坐標(biāo)原點(diǎn)，此直線(xiàn)為實(shí)驗(yàn)一中的外電路的總電阻的U-I圖線(xiàn)，如圖2-c所示。在實(shí)驗(yàn)二中的總電阻與實(shí)驗(yàn)一中的相同，該直線(xiàn)和圖線(xiàn)b的交點(diǎn)

8、為實(shí)驗(yàn)二中的干路電流和路端電壓，電流和電壓分別為:I97A、U0.7V,則外電路消耗功率為PUI0.068mW。2. U-R法如圖電路3、4所示 ，改變R的阻值，從電壓表中讀出幾組R、U值，利用閉合電路歐姆定律E=U+ r求出幾組E、r值，最后分別算出它們的平均值.也可作出1/U1/R圖象去求解。由 公式法 圖象法 對(duì)于U-R法測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，其誤差同理可得與U-I法中圖1電路的誤差類(lèi)同，。甲同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖3-a所示的電路測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)E及電阻R1和R2的阻值。實(shí)驗(yàn)器材有：待測(cè)電源E(不計(jì)內(nèi)阻)，待測(cè)電阻R1，待測(cè)電阻R2，電壓表V(量程為1.5V，內(nèi)阻很大)，電阻箱R(0-99.99)

9、，單刀單擲開(kāi)關(guān)S1，單刀雙擲開(kāi)關(guān)S2，導(dǎo)線(xiàn)若干。（1）先測(cè)電阻R1的阻值。請(qǐng)將甲同學(xué)的操作補(bǔ)充完整：閉合S1，將S2切換到a，調(diào)節(jié)電阻箱，讀出其示數(shù)r和對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)U1，保持電阻箱示數(shù)不變， _，讀出電壓表的示數(shù)U2。則電阻R1的表達(dá)式為R1 = _。（2）甲同學(xué)已經(jīng)測(cè)得電阻R14.8，繼續(xù)測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)E和電阻R2的阻值。該同學(xué)的做法是：閉合S1，將S2切換到a，多次調(diào)節(jié)電阻箱，讀出多組電阻箱示數(shù)R和對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)U，由測(cè)得的數(shù)據(jù)，繪出了圖3-b所示的圖線(xiàn)，則電源電動(dòng)勢(shì)E _ V，電阻R2 _ 。（3）利用甲同學(xué)設(shè)計(jì)的電路和測(cè)得的電阻R1，乙同學(xué)測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)E和電阻R2的阻值的做法是：閉

10、合S1，將S2切換到b，多次調(diào)節(jié)電阻箱，讀出多阻電阻箱示數(shù)R和對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)U,由測(cè)得的數(shù)據(jù)，繪出了相應(yīng)的圖線(xiàn)，根據(jù)圖線(xiàn)得到電源電動(dòng)勢(shì)E和電阻R2。這種做法與甲同學(xué)的做法比較，由于電壓表測(cè)得的數(shù)據(jù)范圍_（選填“較大”、“較小”或“相同”），所以 （填“甲”或“乙”）同學(xué)的做法更恰當(dāng)些。（1）電壓表內(nèi)阻很大，電壓表接入電路對(duì)電路中的電流無(wú)影響。將S2切換到a時(shí)，電壓表示數(shù)為U1，電阻箱電阻為R, 則電路中電流為: ；將S2切換到b時(shí)，電壓表示數(shù)為U2 ，則電路中電流為:由于電路結(jié)構(gòu)未變，故有I1I2，解得 :（2）由閉合電路歐姆定律，有 ，整理得: ，所以圖象與縱軸的交點(diǎn)表示電動(dòng)勢(shì)的倒數(shù)，由圖

11、象可得 ，解得 ；由圖象的斜率得 ，解得 ,所以 （3）根據(jù)甲同學(xué)測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)R14.8、R21.2，乙同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓表示數(shù)的最小值為電源電動(dòng)勢(shì)的五分之四，所以電壓表測(cè)得數(shù)據(jù)范圍較小，誤差較大，所以 同學(xué)的做法更恰當(dāng)些。甲3. I-R法如圖電路5、6所示 ，改變R的阻值，從電流表中讀出幾組R、I值，利用閉合電路歐姆定律E=IR+Ir求出幾組E、r值，最后分別算出它們的平均值.也可作出 1/I R圖象去求解。由 公式法 圖象法 對(duì)于I-R法測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，其誤差同理可得與U-I法中圖2電路的誤差類(lèi)同 利用如圖4-a所示的電路測(cè)量電流表 的內(nèi)阻RA，其中R1、R2為電阻，K1、K2為電鍵，

12、B是電源（內(nèi)阻可忽略）。 已知：R1140，R260。當(dāng)電鍵K1閉合、K2斷開(kāi)時(shí)，電流表讀數(shù)為6.4mA；當(dāng)K1、K2均閉合時(shí)，電流表讀數(shù)為8.5mA，由此可以求出RA 。（保留兩位有效數(shù)字）電鍵K1閉合、K2斷開(kāi)時(shí)， ； 當(dāng) K1、K2均閉合時(shí) 。聯(lián)立以上兩式解得 由于電源的內(nèi)阻不計(jì)，若將電流表的內(nèi)阻等效為電源的內(nèi)阻，則把電流表看作是理想的電流表，這樣就轉(zhuǎn)化為用安阻法測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻?？梢?jiàn)該題考查了學(xué)生的轉(zhuǎn)化思想和靈活的處理問(wèn)題的能力。某同學(xué)通過(guò)查找資料自己動(dòng)手制作了一個(gè)電池。該同學(xué)想測(cè)量這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)E 和內(nèi)電阻r ，但是從實(shí)驗(yàn)室只借到一個(gè)開(kāi)關(guān)、一個(gè)電阻箱（最大阻值為9.999，可

13、當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電阻用）、一只電流表（量程 Ig=0.6A，內(nèi)阻Rg=0.1）和若干導(dǎo)線(xiàn)。(1)請(qǐng)根據(jù)測(cè)定電動(dòng)勢(shì)E內(nèi)電阻r的要求，設(shè)計(jì)圖5-a中器件的連接方式，畫(huà)線(xiàn)把它們連接起來(lái)。(2)接通開(kāi)關(guān)，逐次改變電阻箱的阻值R ,讀出與R 對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù)I，并作記錄。當(dāng)電阻箱的阻值R=2.6 時(shí)，其對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù)如圖5-b所示。處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，首先計(jì)算出每個(gè)電流值I 的倒數(shù)1/I ；再制作R-1/I 坐標(biāo)圖，如圖5-c所示，圖中已標(biāo)注出了（R,1/I）的幾個(gè)與測(cè)量對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請(qǐng)將與圖5-b實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)也標(biāo)在圖5-c中。（1）根據(jù)閉合電路歐姆定律，測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，需要得到電源的路端電壓

14、和通過(guò)電源的電流，在本實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有電壓表的情況下，可以用電阻箱和電流表串聯(lián)替代電壓表，測(cè)量電源的路端電壓，通過(guò)電流表的電流也是通過(guò)電源的電流，所以只需要將電流表和電阻箱串聯(lián)接在電源兩端即可。 （2） R2.6 ，電流表的示數(shù)為0.50A，1/I=2.0 A-1將點(diǎn)P(2.0；2.6)在圖象中描出，如圖5-c所示。(3)將給出的點(diǎn)連成直線(xiàn)，使盡可能多的點(diǎn)在這條直線(xiàn)上，不在這條直線(xiàn)上的點(diǎn)對(duì)稱(chēng)得分布在直線(xiàn)的兩側(cè) 。（4）由閉合電路歐姆定律有： ，解得 根據(jù)R-1/I 圖線(xiàn)可知：電源的電動(dòng)勢(shì)等于圖線(xiàn)的斜率，E=1.50V（1.46 V 1.54 V都對(duì)）；內(nèi)阻為縱軸的截距的絕對(duì)值減去電流表的內(nèi)阻，即：0

15、.4 0.1 =0.3 （0.25 0.35 都對(duì)） 4. V-V法 教材中沒(méi)有講該實(shí)驗(yàn)的原理，該實(shí)驗(yàn)方法仍是伏安法測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)原理的遷移，當(dāng)電壓表的內(nèi)阻已知時(shí)，可以把電壓表串在電路，可以測(cè)出電路中的電流（當(dāng)電流表使用）?？梢?jiàn)其方法實(shí)質(zhì)是伏安法。為了測(cè)量?jī)晒?jié)串聯(lián)干電池的電動(dòng)勢(shì)，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖6-a所示的實(shí)驗(yàn)電路。其中：E是待測(cè)電池組的電動(dòng)勢(shì)，內(nèi)阻不能忽略；V1、V2是兩只量程都合適的電壓表，內(nèi)阻不是很大，且未知；S1、S2是單刀單擲開(kāi)關(guān)；導(dǎo)線(xiàn)若干。(1)請(qǐng)根據(jù)電路圖6-a，在圖6-b中連線(xiàn)，將器材連成實(shí)驗(yàn)電路。(2)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量是： ；(3)用測(cè)出的物理量作為已知量，導(dǎo)

16、出計(jì)算串聯(lián)電池電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式。（寫(xiě)出推導(dǎo)過(guò)程） （2）閉合S1、斷開(kāi)S2，讀出V1的示數(shù)U1，V2的示數(shù)U2；再閉合S2，讀出V1的示數(shù)U1。（3）設(shè)電源內(nèi)阻為r，電壓表V1的內(nèi)阻為Rv1，由閉合電路歐姆定律 得只閉合S1時(shí)有： 開(kāi)關(guān)都閉合時(shí)有： 聯(lián)立以上兩式解得 ：5. A-A法 教材中沒(méi)有講該實(shí)驗(yàn)的原理，該實(shí)驗(yàn)方法仍是伏安法測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)原理的遷移，當(dāng)電流表的內(nèi)阻已知時(shí)，可以把電流表并在電路，可以測(cè)出路端電壓（當(dāng)電壓表使用）?？梢?jiàn)其方法實(shí)質(zhì)也是伏安法。圖7-a是利用兩個(gè)電流表A1 和A2 測(cè)量干電池電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r的電路原理圖。圖中S為開(kāi)關(guān)，R為滑動(dòng)變阻器，固定電阻R1 和A1

17、內(nèi)阻之和為10000（比r和滑動(dòng)變阻器的總電阻都大得多）， A2為理想電流表。（1）按電路原理圖，在圖7-b虛線(xiàn)框內(nèi)各實(shí)物圖之間畫(huà)出連線(xiàn)。（2）在閉合開(kāi)關(guān)S前，將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端c移動(dòng)至 （填“a 端”、“中央”或“b 端”）。 在圖7-c所示的坐標(biāo)紙上以 I1為縱坐標(biāo)，以I2為橫坐標(biāo)畫(huà)出所對(duì)應(yīng)的I1I2 曲線(xiàn)。（4）利用所得曲線(xiàn)求的電源的電動(dòng)勢(shì)E= V， 內(nèi)阻r= （保留兩位小數(shù)）（5）該電路中電源輸出的短路電流為 A。（3）閉合開(kāi)關(guān)S，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端c至某一位置，讀出電流表 和 的示數(shù)I1和I2 。多次改變滑動(dòng)端c的位置，得到位的數(shù)據(jù)為：（2）實(shí)驗(yàn)前滑動(dòng)變阻器接入電路電阻值最大；

18、應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端c移動(dòng)至b端。（3）將給出的點(diǎn)連成直線(xiàn)，使盡可能多的點(diǎn)在這條直線(xiàn)上，不在這條直線(xiàn)上的點(diǎn)對(duì)稱(chēng)得分布在直線(xiàn)的兩側(cè)，離直線(xiàn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)舍掉。圖象如圖2所示。（1）連線(xiàn)如圖1所示。 （4）由圖線(xiàn)上讀出兩組數(shù)值，代入 聯(lián)立方程組，求得E和r ；也可以將其圖象延長(zhǎng)外推到與縱軸相交（外推法），由截距的物理意義得電動(dòng)勢(shì)： 內(nèi)阻：（5）短路電流 ：在測(cè)定一節(jié)水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，備有下列器材，請(qǐng)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。A水果電池E（電動(dòng)勢(shì)大約0.3V，內(nèi)電阻約3）；B電流表A1（滿(mǎn)偏電流3mA，內(nèi)阻r1=100）C電流表A2（滿(mǎn)偏電流100mA，內(nèi)阻r2約1）D電壓表V（03V，內(nèi)阻約100

19、0）E滑動(dòng)變阻R1（020，額定電流1A）F滑動(dòng)變阻R2（0200，額定電流1A）G開(kāi)關(guān)S和導(dǎo)線(xiàn)若干。6. 等效法 教材中沒(méi)有講該實(shí)驗(yàn)的原理，該實(shí)驗(yàn)方法利用等效的思想方法進(jìn)行創(chuàng)新性的處理，消除由于電壓表和電流表自身的內(nèi)阻給實(shí)難帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，可以有助于同學(xué)們創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中由于電壓表、電流表內(nèi)阻的影響，使得測(cè)量結(jié)果總存在系統(tǒng)誤差。某校課外研究性學(xué)習(xí)小組進(jìn)行了消除系統(tǒng)誤差的探究實(shí)驗(yàn)，該組同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖9a所示的電路，測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。E是輔助電源，A、B間有一靈敏電流計(jì)G。（1）補(bǔ)充下列實(shí)驗(yàn)步驟：閉合開(kāi)關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié) 使得靈敏電流計(jì)G的示數(shù)為零，這時(shí)，A、B兩點(diǎn)電勢(shì)A、B 的關(guān)系是 ，即A、B相當(dāng)于同一點(diǎn)，讀出電流表和電壓表的示數(shù)I1和U1，其中I1就是通過(guò)電源E的電流。改變滑動(dòng)變阻器R 、R/ 的阻值，重新使得靈敏電流計(jì)的示數(shù)為零，讀出電流表和電壓表的讀數(shù)I2和U2，以獲得不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（2）寫(xiě)出步驟對(duì)應(yīng)的方式及電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的表達(dá)式。由 7. 綜合法 教材中沒(méi)有講該實(shí)驗(yàn)的原理，該實(shí)驗(yàn)方法實(shí)際上是