物理選修人教新課標(biāo)測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻課件(共34張PPT)

第二章恒定電流第十節(jié)實(shí)驗(yàn)：測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻

第1頁，共34頁。第2頁，共34頁。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)驗(yàn)方法．2．學(xué)會(huì)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．3．會(huì)對測量誤差進(jìn)行分析，了解測量中減小誤差的方法．第3頁，共34頁。二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)閉合電路歐姆定律可以有下面三種思路求出電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻第4頁，共34頁。第5頁，共34頁。思路2.用電流表、電阻箱測電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r由閉合電路的歐姆定律得：E＝I(R＋r)用電流表測干路中的電流，通過改變電路中的電阻，測出兩組R、I數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程：E＝I1(R1＋r)

E＝I2(R2＋r)聯(lián)立解出結(jié)果，實(shí)驗(yàn)電路如圖所示．第6頁，共34頁。2．學(xué)會(huì)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．5．用伏安法測電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r時(shí)，可以設(shè)計(jì)成兩種電路．思路2：待測電池一節(jié)，電流表一個(gè)，電阻箱一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．3A，短時(shí)間放電電流不宜超過0.4．?dāng)嚅_開關(guān)S，拆除電路．(3)下表列出了某組同學(xué)測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中有一組數(shù)據(jù)不符合讀數(shù)要求，請將該組數(shù)據(jù)的序號填在橫線上________；思路1：待測電池一節(jié)，電流表、電壓表各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．(4)描點(diǎn)作出圖象，縱軸的截距為電動(dòng)勢，大小約為1.為減小測量誤差，本實(shí)驗(yàn)常選用以下兩種數(shù)據(jù)處理方法：記錄一組電流表、電壓表讀數(shù)．主要原因是未考慮電壓表的分流作用，使得電流表上讀出的數(shù)值比實(shí)際的總電流(即流過電源的電流)要小一些，U越大，電流表的讀數(shù)與總電流的偏差就越大，將測量結(jié)果與真實(shí)情況在U-I坐標(biāo)系中表示出來，如圖所示，可見E測<E真，r測<r真．(1)電流表量程的選擇：量程要大于電源允許通過的最大電流，對于電池來講允許通過的最大電流是0.根據(jù)閉合電路歐姆定律可以有下面三種思路求出電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻為減小測量誤差，本實(shí)驗(yàn)常選用以下兩種數(shù)據(jù)處理方法：G．開關(guān)一只，導(dǎo)線若干第7頁，共34頁。聯(lián)立解出結(jié)果，實(shí)驗(yàn)電路如圖所示．第8頁，共34頁。三、實(shí)驗(yàn)器材在不同的思路中需要的實(shí)驗(yàn)器材略有不同，分別如下：思路1：待測電池一節(jié)，電流表、電壓表各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．思路2：待測電池一節(jié)，電流表一個(gè)，電阻箱一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．思路3：待測電池一節(jié)，電壓表一個(gè)，電阻箱一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．第9頁，共34頁。四、實(shí)驗(yàn)步驟1．確定電流表、電壓表的量程，按圖連接好電路，并將滑動(dòng)變阻器的滑片移到使接入電路的阻值為最大值的一端．第10頁，共34頁。2．閉合開關(guān)S，接通電路，將滑動(dòng)變阻器的滑片由一端向另一端移動(dòng)，從電流表有明顯讀數(shù)開始。記錄一組電流表、電壓表讀數(shù)．3．同樣的方法，依次記錄多組U、I值．4．?dāng)嚅_開關(guān)S，拆除電路．5．以U為縱軸，I為橫軸，將記錄的電壓、電流標(biāo)在坐標(biāo)圖上，過這些點(diǎn)作一條直線，根據(jù)縱軸截距求出電動(dòng)勢，根據(jù)斜率大小求出內(nèi)電阻．第11頁，共34頁。五、數(shù)據(jù)處理為減小測量誤差，本實(shí)驗(yàn)常選用以下兩種數(shù)據(jù)處理方法：1．公式法利用依次記錄的多組數(shù)據(jù)(一般6組)，分別記錄如表所示：實(shí)驗(yàn)序號123456I/AI1I2I3I4I5I6U外/VU1U2U3U4U5U6第12頁，共34頁。第13頁，共34頁。A．一節(jié)待測干電池(內(nèi)阻大于2Ω)(2)電壓表量程的選擇：量程要大于電源電動(dòng)勢，對一節(jié)干電池來講，電壓表量程在大于1.記錄一組電流表、電壓表讀數(shù)．思路1：待測電池一節(jié)，電流表、電壓表各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．聯(lián)立解出結(jié)果，實(shí)驗(yàn)電路如圖所示．(4)描點(diǎn)作出圖象，縱軸的截距為電動(dòng)勢，大小約為1.思路1：待測電池一節(jié)，電流表、電壓表各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．把測出的多組U、I值，在U-I圖中描點(diǎn)畫圖象，使U-I圖象的直線經(jīng)過大多數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)或使各坐標(biāo)點(diǎn)大致分布在直線的兩側(cè)，如圖所示，由U＝E－Ir可知：如圖所示，在實(shí)驗(yàn)中我們選擇甲圖的原因有：依據(jù)閉合電路的歐姆定律E＝U＋I(xiàn)r，在實(shí)驗(yàn)中需要測路端電壓U和電源中的電流I，可以看出，甲圖中由于電壓表的分流作用，使電流表測得的不是真實(shí)的電源中的電流；聯(lián)立解出結(jié)果，實(shí)驗(yàn)電路如圖所示．聯(lián)立解出結(jié)果，實(shí)驗(yàn)電路如圖所示．思路1：待測電池一節(jié)，電流表、電壓表各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．3．同樣的方法，依次記錄多組U、I值．2．圖象法把測出的多組U、I值，在U-I圖中描點(diǎn)畫圖象，使U-I圖象的直線經(jīng)過大多數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)或使各坐標(biāo)點(diǎn)大致分布在直線的兩側(cè)，如圖所示，由U＝E－Ir可知：第14頁，共34頁。第15頁，共34頁。六、誤差分析1．偶然誤差主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U-I圖象時(shí)描點(diǎn)不準(zhǔn)確．第16頁，共34頁。2．系統(tǒng)誤差主要原因是未考慮電壓表的分流作用，使得電流表上讀出的數(shù)值比實(shí)際的總電流(即流過電源的電流)要小一些，U越大，電流表的讀數(shù)與總電流的偏差就越大，將測量結(jié)果與真實(shí)情況在U-I坐標(biāo)系中表示出來，如圖所示，可見E測<E真，r測<r真．第17頁，共34頁。七、注意事項(xiàng)1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，宜選用舊電池和內(nèi)阻較大的電壓表．2．電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象較嚴(yán)重，電動(dòng)勢E會(huì)明顯下降，內(nèi)阻r會(huì)明顯增大，故長時(shí)間放電電流不宜超過0.3A，短時(shí)間放電電流不宜超過0.5A．因此實(shí)驗(yàn)中不宜將I調(diào)得過大，讀電表的示數(shù)要快，每次讀完后應(yīng)立即斷電．第18頁，共34頁。第19頁，共34頁。4．為了提高測量的精確度，在實(shí)驗(yàn)中I、U的變化范圍要大一些，計(jì)算E、r時(shí)，U1和U2、I1和I2的差值要大一些．5．用伏安法測電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r時(shí)，可以設(shè)計(jì)成兩種電路．第20頁，共34頁。如圖所示，在實(shí)驗(yàn)中我們選擇甲圖的原因有：依據(jù)閉合電路的歐姆定律E＝U＋I(xiàn)r，在實(shí)驗(yàn)中需要測路端電壓U和電源中的電流I，可以看出，甲圖中由于電壓表的分流作用，使電流表測得的不是真實(shí)的電源中的電流；乙圖中由于電流表的分壓作用，電壓表測得的不是真實(shí)的路端電壓．這兩個(gè)電路都存在系統(tǒng)誤差，由于電流表的電阻和電源的內(nèi)阻差不多大，則乙圖測量的電源內(nèi)阻阻值和真實(shí)值相差太大．故電流表的分壓作用不能忽略，所以選用甲圖電路較好．第21頁，共34頁。6．儀器的選擇(1)電流表量程的選擇：量程要大于電源允許通過的最大電流，對于電池來講允許通過的最大電流是0.5A．故需要選0～0.6A.(2)電壓表量程的選擇：量程要大于電源電動(dòng)勢，對一節(jié)干電池來講，電壓表量程在大于1.5V的前提下越小越好．(3)滑動(dòng)變阻器的選擇：滑動(dòng)變阻器的最大電阻為待測電阻的幾倍時(shí)較好，在該實(shí)驗(yàn)中因電源內(nèi)阻比較小，故滑動(dòng)變阻器選擇較小一點(diǎn)的即可．第22頁，共34頁。第23頁，共34頁。

實(shí)驗(yàn)室給出下列器材，請你完成一節(jié)干電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻的測定．A．一節(jié)待測干電池(內(nèi)阻大于2Ω)B．電流表，量程0.6A，內(nèi)阻5Ω左右C．電流表，量程1.5A，內(nèi)阻0.5Ω左右D．電壓表，量程2.0V，內(nèi)阻5kΩ左右利用伏安法測E和r

第24頁，共34頁。E．滑動(dòng)變阻器，最大阻值為100ΩF．滑動(dòng)變阻器，最大阻值為10ΩG．開關(guān)一只，導(dǎo)線若干

(1)該實(shí)驗(yàn)所需器材________(填器材前面字母)；(2)請畫出該實(shí)驗(yàn)電路圖；第25頁，共34頁。(3)下表列出了某組同學(xué)測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中有一組數(shù)據(jù)不符合讀數(shù)要求，請將該組數(shù)據(jù)的序號填在橫線上________；

組序123456U(V)1.371.321.241.201.101.05I(A)0.120.20.310.420.500.57第26頁，共34頁。(4)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖中，作出U-I圖線，并根據(jù)圖線計(jì)算被測電池的電動(dòng)勢為________V，內(nèi)電阻為________Ω.第27頁，共34頁。解析：(1)應(yīng)用電壓表和電流表測量干電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻，應(yīng)選用電源A、電壓表D、開關(guān)與導(dǎo)線G，根據(jù)表中數(shù)據(jù)或電路中的電阻計(jì)算，最大電流不超過0.6A，則電流表選B，滑動(dòng)變阻器起限流作用，最大阻值與電路干路其他元件總電阻相當(dāng)或大一點(diǎn)即可，則選F.(3)第2組數(shù)據(jù)中的電流值不符合有效數(shù)字位數(shù)．(4)描點(diǎn)作出圖象，縱軸的截距為電動(dòng)勢，大小約為1.46V，圖線的斜率為電源內(nèi)阻，大小約為0.73Ω.第28頁，共34頁。答案：(1)ABDFG

(2)如圖甲所示(3)2(4)如圖乙所示1.46(1.45～1.47均正確)

0.73(0.70～0.75均正確)第29頁，共34頁?！绢}后總結(jié)】選取儀器時(shí)，本著電學(xué)實(shí)驗(yàn)中保證安全、測量精確、便于讀數(shù)、操作簡單的四個(gè)原則．電源的U-I圖象中，與縱軸交點(diǎn)表示電動(dòng)勢大小，圖線斜率的絕對值等于電源內(nèi)阻