測量電池的電動勢和內(nèi)阻課件

1、welcome電源的電動勢和內(nèi)阻實驗九：測定電源的電動勢和內(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、焦耳定律實驗實驗七：測定金屬的電阻率 實驗八：描繪小電珠的伏安特性曲線 實驗十：練習(xí)使用多用表 實驗十一：傳感器的簡單使用 課程標(biāo)準(zhǔn)的要求1觀察并嘗試識別常見的電路元器件，初步了解它們在電路 中的作用；2初步了解多用電表的原理，通過實際操作學(xué)會使用多用電表3通過實驗，探究決定導(dǎo)線電阻的因素，知道電阻定律；4知道電源的電動勢和內(nèi)阻，理解閉合電路的歐姆定律；5測定電源的電動勢和內(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通過實驗觀察門電路的基本作用，

2、初步了解邏輯電路的基 本原理以及在自動控制中的作用；8初步了解集成電路的作用，關(guān)注我國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)，用測出的幾組I、U值畫出U-I圖象.如圖所示.所得直線跟縱軸的交點即為電動勢的值，圖線斜率的絕對值即為內(nèi)電阻r的值.誤差分析：我們知道實際電壓表可以等效為理想電壓表和電阻RV的并聯(lián)，對于U-I法中的圖1電路，其誤差的主要來源是電流表的讀數(shù)小于實際的總電流，所以圖1可

3、等效為下面圖7電路。虛線部分可等效為一個電源，電壓表測的是等效電源的路端電壓，電流表測的是等效電源的總電流，故該電路測的是等效電源的電動勢和內(nèi)阻。根據(jù)等效電源知識有： 因，故該電路誤差極小。誤差分析：我們知道實際電流表可以等效為理想電流表和電阻RA的串聯(lián)，對于U-I法中的圖2電路，其誤差的主要來源是伏特表的讀數(shù)小于實際的路端電壓，所以圖2可等效為下面圖8電路。虛線部分可等效為一個電源，電壓表測的是等效電源的路端電壓，電流表測的是等效電源的總電流，故該電路測的是等效電源的電動勢和內(nèi)阻。根據(jù)等效電源知識有： 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，故該電路的測量誤差很大。 在“

4、測定電池電動勢和內(nèi)阻”的實驗中，（1）第一組同學(xué)利用如圖1-a實驗電路進行測量，電壓表應(yīng)選擇量程 （填“3V” 或“15V”），實驗后得到了如圖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的電路連接測量另一節(jié)干電池，初始時滑片P在最右端，但由于滑動變阻器某處發(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，電池的電動勢為 ，內(nèi)阻為 。在“測定電池電動勢和內(nèi)阻”的實驗中，（1）第一組同學(xué)利用如圖1-a實驗電路進行測量，電壓表應(yīng)選擇量程 （填“3V” 或“15V”

5、），實驗后得到了如圖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的電路連接測量另一節(jié)干電池，初始時滑片P在最右端，但由于滑動變阻器某處發(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，電池的電動勢為 ，內(nèi)阻為 。3V1.5 1.5V1 （1）當(dāng)用圖1-a的實驗裝置進行測量時，由于一節(jié)干電池的電動勢為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，電壓表示數(shù)為1.5V，

6、即干電池的電動勢為1.5V；當(dāng)路端電壓為1.35V時，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）實驗一：用一定強度的光照射硅光電池，調(diào)節(jié)滑動變阻器，通過測量得到該電池的U-I曲線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 ，電動勢為 V;（3）實驗二：減小實驗一中光的強度，重復(fù)實驗，測得U-I曲線b，如圖2-c所示。當(dāng)滑動變阻器的電阻為某值時，

7、若實驗一中的路端電壓為1.5V。則實驗二中外電路消耗的電功率為 mW（計算結(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圖為一條不過原點的傾斜的直線，由曲線a可知電池內(nèi)阻 常數(shù)；當(dāng)U = 0時的電流為短路電流，短路電流約為I0=295A0.295mA；當(dāng)電流I0時路端電壓等于電源電動勢E，電源電動勢約為 V。不是2.67（3）實驗一中的路端電壓為U11.5V時電路中電流為I10.21mA，連接a中的點（0.21mA、1.5V）和坐標(biāo)原點，此直線為實驗一中的外電路的總電阻的U-I圖線，如圖2-c所示。在實驗二中的總電阻與實驗一中的相同，該直線和圖線b的交點

8、為實驗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 對于U-R法測定電池的電動勢和內(nèi)阻，其誤差同理可得與U-I法中圖1電路的誤差類同，。甲同學(xué)設(shè)計了如圖3-a所示的電路測電源電動勢E及電阻R1和R2的阻值。實驗器材有：待測電源E(不計內(nèi)阻)，待測電阻R1，待測電阻R2，電壓表V(量程為1.5V，內(nèi)阻很大)，電阻箱R(0-99.99)

9、，單刀單擲開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2，導(dǎo)線若干。（1）先測電阻R1的阻值。請將甲同學(xué)的操作補充完整：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)測得電阻R14.8，繼續(xù)測電源電動勢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和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U，由測得的數(shù)據(jù)，繪出了圖3-b所示的圖線，則電源電動勢E _ V，電阻R2 _ 。（3）利用甲同學(xué)設(shè)計的電路和測得的電阻R1，乙同學(xué)測電源電動勢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和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U,由測得的數(shù)據(jù)，繪出了相應(yīng)的圖線，根據(jù)圖線得到電源電動勢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，電壓表接入電路對電路中的電流無影響。將S2切換到a時，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，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表示電動勢的倒數(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)測的實驗數(shù)據(jù)R14.8、R21.2，乙同學(xué)實驗時電壓表示數(shù)的最小值為電源電動勢的五分之四，所以電壓表測得數(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 對于I-R法測定電池的電動勢和內(nèi)阻，其誤差同理可得與U-I法中圖2電路的誤差類同 利用如圖4-a所示的電路測量電流表 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斷開時，電流表讀數(shù)為6.4mA；當(dāng)K1、K2均閉合時，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斷開時， ； 當(dāng) K1、K2均閉合時 。聯(lián)立以上兩式解得 由于電源的內(nèi)阻不計，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)化為用安阻法測定電池的電動勢和內(nèi)阻。可見該題考查了學(xué)生的轉(zhuǎn)化思想和靈活的處理問題的能力。某同學(xué)通過查找資料自己動手制作了一個電池。該同學(xué)想測量這個電池的電動勢E 和內(nèi)電阻r ，但是從實驗室只借到一個開關(guān)、一個電阻箱（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。(1)請根據(jù)測定電動勢E內(nèi)電阻r的要求，設(shè)計圖5-a中器件的連接方式，畫線把它們連接起來。(2)接通開關(guān)，逐次改變電阻箱的阻值R ,讀出與R 對應(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，其對應(yīng)的電流表的示數(shù)如圖5-b所示。處理實驗數(shù)據(jù)時，首先計算出每個電流值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）的幾個與測量對應(yīng)的坐標(biāo)點，請將與圖5-b實驗數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標(biāo)點也標(biāo)在圖5-c中。（1）根據(jù)閉合電路歐姆定律，測量電源的電動勢和內(nèi)電阻，需要得到電源的路端電壓

14、和通過電源的電流，在本實驗中沒有電壓表的情況下，可以用電阻箱和電流表串聯(lián)替代電壓表，測量電源的路端電壓，通過電流表的電流也是通過電源的電流，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P(2.0；2.6)在圖象中描出，如圖5-c所示。(3)將給出的點連成直線，使盡可能多的點在這條直線上，不在這條直線上的點對稱得分布在直線的兩側(cè) 。（4）由閉合電路歐姆定律有： ，解得 根據(jù)R-1/I 圖線可知：電源的電動勢等于圖線的斜率，E=1.50V（1.46 V 1.54 V都對）；內(nèi)阻為縱軸的截距的絕對值減去電流表的內(nèi)阻，即：0

15、.4 0.1 =0.3 （0.25 0.35 都對） 4. V-V法 教材中沒有講該實驗的原理，該實驗方法仍是伏安法測定電池電動勢和內(nèi)阻實驗原理的遷移，當(dāng)電壓表的內(nèi)阻已知時，可以把電壓表串在電路，可以測出電路中的電流（當(dāng)電流表使用）?？梢娖浞椒▽嵸|(zhì)是伏安法。為了測量兩節(jié)串聯(lián)干電池的電動勢，某同學(xué)設(shè)計了如圖6-a所示的實驗電路。其中：E是待測電池組的電動勢，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是單刀單擲開關(guān)；導(dǎo)線若干。(1)請根據(jù)電路圖6-a，在圖6-b中連線，將器材連成實驗電路。(2)實驗中需要測量的物理量是： ；(3)用測出的物理量作為已知量，導(dǎo)

16、出計算串聯(lián)電池電動勢的表達(dá)式。（寫出推導(dǎo)過程） （2）閉合S1、斷開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時有： 開關(guān)都閉合時有： 聯(lián)立以上兩式解得 ：5. A-A法 教材中沒有講該實驗的原理，該實驗方法仍是伏安法測定電池電動勢和內(nèi)阻實驗原理的遷移，當(dāng)電流表的內(nèi)阻已知時，可以把電流表并在電路，可以測出路端電壓（當(dāng)電壓表使用）。可見其方法實質(zhì)也是伏安法。圖7-a是利用兩個電流表A1 和A2 測量干電池電動勢E和內(nèi)阻r的電路原理圖。圖中S為開關(guān)，R為滑動變阻器，固定電阻R1 和A1

17、內(nèi)阻之和為10000（比r和滑動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虛線框內(nèi)各實物圖之間畫出連線。（2）在閉合開關(guān)S前，將滑動變阻器的滑動端c移動至 （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)畫出所對應(yīng)的I1I2 曲線。（4）利用所得曲線求的電源的電動勢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）閉合開關(guān)S，移動滑動變阻器的滑動端c至某一位置，讀出電流表 和 的示數(shù)I1和I2 。多次改變滑動端c的位置，得到位的數(shù)據(jù)為：（2）實驗前滑動變阻器接入電路電阻值最大；

18、應(yīng)將滑動變阻器的滑動端c移動至b端。（3）將給出的點連成直線，使盡可能多的點在這條直線上，不在這條直線上的點對稱得分布在直線的兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點舍掉。圖象如圖2所示。（1）連線如圖1所示。 （4）由圖線上讀出兩組數(shù)值，代入 聯(lián)立方程組，求得E和r ；也可以將其圖象延長外推到與縱軸相交（外推法），由截距的物理意義得電動勢： 內(nèi)阻：（5）短路電流 ：在測定一節(jié)水果電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，備有下列器材，請畫出實驗電路圖。A水果電池E（電動勢大約0.3V，內(nèi)電阻約3）；B電流表A1（滿偏電流3mA，內(nèi)阻r1=100）C電流表A2（滿偏電流100mA，內(nèi)阻r2約1）D電壓表V（03V，內(nèi)阻約100

19、0）E滑動變阻R1（020，額定電流1A）F滑動變阻R2（0200，額定電流1A）G開關(guān)S和導(dǎo)線若干。6. 等效法 教材中沒有講該實驗的原理，該實驗方法利用等效的思想方法進行創(chuàng)新性的處理，消除由于電壓表和電流表自身的內(nèi)阻給實難帶來的系統(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)實驗中由于電壓表、電流表內(nèi)阻的影響，使得測量結(jié)果總存在系統(tǒng)誤差。某校課外研究性學(xué)習(xí)小組進行了消除系統(tǒng)誤差的探究實驗，該組同學(xué)設(shè)計了如圖9a所示的電路，測定電池的電動勢E和內(nèi)阻r。E是輔助電源，A、B間有一靈敏電流計G。（1）補充下列實驗步驟：閉合開關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié) 使得靈敏電流計G的示數(shù)為零，這時，A、B兩點電勢A、B 的關(guān)系是 ，即A、B相當(dāng)于同一點，讀出電流表和電壓表的示數(shù)I1和U1，其中I1就是通過電源E的電流。改變滑動變阻器R 、R/ 的阻值，重新使得靈敏電流計的示數(shù)為零，讀出電流表和電壓表的讀數(shù)I2和U2，以獲得不同的實驗數(shù)據(jù)。（2）寫出步驟對應(yīng)的方式及電動勢和內(nèi)阻的表達(dá)式。由 7. 綜合法 教材中沒有講該實驗的原理，該實驗方法實際上是