《高中物理人教课件选修31 2.10实验：测定电池的电动势和内阻》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理人教课件选修31 2.10实验：测定电池的电动势和内阻（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、10 实验 测定电池的电动势和内阻 一 实验目的 1 知道测电源电动势和内电阻的设计原理和方法 会使用常 见的基本仪器 2 通过对实验数据的收集处理 学会用 代数法 和 图像 法 分析处理实验数据 3 培养用数学方法处理物理问题 发现物理规律的能力 二 实验原理 实验的原理是闭合电路欧姆定律 其方法有 1 公式法 如图甲所示 改变滑动变阻器的阻值 测出两组I U 的数据 从电流表 电压表中读出几组I和U值 由U E Ir可得 E U1 I1r E U2 I2r 解得 多求几组E和r的值 算出它们的平均值 2 图像法 为减小实验误差 至少测出六组U和I值 且变化范 围要大些 然后在U I图像中描
2、点作图 由图线纵截距和斜率求 出E 如图乙 三 实验器材 待测电池一节 电流表 0 0 6 A 电压表 0 3 V 各一个 滑动变阻器一个 开关一个 导线若干 四 实验过程 1 实验步骤 1 接电路 确定电流表 电压表的量程 按图甲连接好电路 并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端 2 记录数据 闭合开关S 接通电路 将滑动变阻器的滑动触 头由一端向另一端移动 从电流表有明显读数开始 记录一组 电流表 电压表读数 3 用同样的方法 依次记录多组U I值 4 断开开关S 拆除电路 5 作图像求值 以U为纵轴 I为横轴 将记录的电压 电流标在 坐标图上 过这些点作一条直线 根据纵轴
3、截距求出电动势 根 据斜率大小求出内电阻 2 数据处理 为减小测量误差 本实验常选用以下两种数据处理方法 1 公式法 利用依次记录的多组数据 一般6组 分别记录如表所示 分别将1 4组 2 5组 3 6组联立方程组分别解出E1 r1 E2 r2 E3 r3 求出它们的平均值 作为 测量结果 2 图像法 以纵轴表示路端电压 横轴表示总电流 建立直角坐标系 将所测多组相应的U I 值进行描点 然后用平滑的曲线将各点连 接起来 由U E Ir知 U I图像是一条斜 向下的直线 如图所示 直线与纵轴的交点表示电源电动势 E 与横轴的交点表示短路电流I0 图线的斜率的绝对值表示电 源的内电阻 即 知识点
4、拨 实验的注意事项 1 实验前必须把变阻器的滑片置于阻值最大的位置 以防出现 烧坏电流表的事故 2 为了使电池的路端电压变化明显 电池的内阻应大些 3 实验中U取值不能太小 一般不得小于1 V 测得的U I值不 少于6组 且变化范围要大一些 解方程组求解E r值时 取1 4组 2 5组 3 6组求解后 求平均值 4 画U I图像时 要尽量使多数点落在直线上 不在直线上的 点均匀分布在直线两侧 5 作U I图像时 如果出现某组数据对应的点偏离直线较远 就表明这组数据的偶然误差较大 可将该点舍去 6 纵坐标可不从零开始 直线的斜率等于电源内阻 计算内 阻时 要在直线上取两个较远点用 求出 横坐标必
5、须从 零开始 知识点拨 实验的误差分析 1 偶然误差 由于读数不准和电表线性不良引起误差 用图像法求E和r时 由于作图不准确造成的误差 测量过程中通电时间过长或电流过大 都会引起E r变化 2 系统误差 测电池的电动势和内电阻经常用实验原理中图甲所示的电路 由 于电路中电压表的分流作用 电流表显示的数值就不等于流过电 源的电流了 还应加上流过电压表的电流才等于流过电源的电流 其中RV为电压表的内阻 由此造成了实验结果的误差 1 在实验中为什么要选用旧电池 提示 旧电池内阻较大 在实验时 电流变化时路端电压变化明 显 测量时相对误差较小 2 为什么在实验中电流不宜过大 且通电时间不宜过长 提示
6、电池在大电流放电时极化现象较严重 电动势E会明显下 降 内阻r会明显增大 故长时间放电电流不宜超过0 3 A 短时间 放电电流不宜超过0 5 A 因此实验中不宜将I调得过大 读电表 的示数要快 每次读完后应立即断电 3 在画U I图像时 由于电源内阻很小 为了充分利用图像空间 电压轴数据常从某一不为零的数U0开始 这时图像与纵轴的 截距是否还表示电动势 斜率的绝对值是否还表示电源的内阻 与I轴上的截距是否还表示短路电流 提示 由闭合电路欧姆定律U E Ir得 不论电压轴是否从零开 始 只要电流轴从零开始 图像与纵轴的截距就表示电动势 斜率的绝对值就表示电源的内阻 但电压轴不从零开始时 图 线与
7、I轴上的截距不表示短路电流 对实验原理的理解 典例1 2012 重庆高考 某中学生课外科技活动小组利用 铜片 锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池 他们测量这种 电池的电动势E和内阻r 并探究电极间距对E和r的影响 实验 器材如图甲所示 1 测量E和r的实验方案 调节滑动变阻器 改变电源两端的 电压U和流过电源的电流I 依据公式 利用测量数据 作出U I图像 得出E和r 2 将电压表视为理想电表 要求避免电流表分压作用对测量 结果的影响 请在图甲中用笔画线代替导线连接电路 3 实验中依次减小铜片与锌片的间距 分别得到相应果汁电 池的U I图像如图乙中 a b c d 所示 由此可知 在该实验中
8、随电极间距的减小 电源电动势 选填 增大 减小 或 不变 电源内阻 选填 增 大 减小 或 不变 图线 c 对应的电源电动势E V 内阻r 当外电路总电阻为2 500 时 该电源的输出功率 P mW 均保留三位有效数字 思路点拨 解答本题需要把握以下几点 1 伏安法测量电源电动势和内电阻的原理 2 电源的U I图像斜率 纵轴截距的物理意义 解析 1 根据闭合电路的欧姆定律可知 电源路端电压U 电源电动势E 电流以及内电阻r这几个物理量之间的关系是U E Ir 2 为了避免电流表的分压作用 电流表应该外接 也就是说 电压表要并联在电源两端 3 U I图像纵轴截距表示电源电动势 从图像上看 纵轴截
9、 距没有变化 因此电源的电动势不变 a b c d 的 斜率的绝对值依次增大 所以电源内电阻增大 对于图线 c 因为U E Ir 纵轴截距为0 975 V 在 c 上取两点 斜 率 k 所以电源电动势为0 975 V 内电阻为 478 外电阻R 2 500 时 电路电流 电源输出功率 P I2R 0 3272 2 500 mW 0 268 mW 答案 1 U E Ir 2 如图所示 3 不变 增大 0 975 478 0 268 实验数据的处理 典例2 2012 成都高二检测 滑动变 阻器R按图示的方式连接在电路中 开关 S闭合后 实验中记录的6组电流表的示 数I 电压表的示数U 如表所示 1
10、 试根据这些数据在坐标纸上画出U I图线 2 从图像上求出电源的电动势E V 内电阻r 保留两位有效数字 3 由于所用电压表不是理想电压表 所以测得的电动势比实际 值偏 选填 大 或 小 思路点拨 解答本题应注意以下三点 1 选择合适的标度 会在U I图像中较为准确地描点 连线 2 根据截距 斜率的知识 通过图像求电源的电动势和内电阻 3 根据电压表的分流作用分析测量值与实际值的大小关系 解析 1 根据表中的数据 选择合适的标度 作出U I图像 如图所示 2 由图可知 图线与纵轴的截距表示电动势E 2 6 V 图线的 斜率的绝对值表示内阻 3 由于电压表有分流作用 故电流表测得的电流小于通过电
11、源 的电流 由闭合电路欧姆定律可知 测得的电动势比实际值偏 小 答案 1 见解析图 2 2 6 1 0 0 90 1 1之间均对 3 小 测电测电 池的电动势电动势 和内电阻的其他方法 典例3 某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内 阻 使用的器材还包括定值电阻 R0 5 一个 开关两个 导 线若干 实验原理图如图甲 1 在图乙的实物图中 已正确连接了部分电路 请完成余下电 路的连接 2 请完成下列主要实验步骤 A 检查并调节电压表指针指零 调节电阻箱 示数如图丙所示 读得电阻值是 B 将开关S1闭合 开关S2断开 电压表的示数是1 49 V C 将开关S2 电压表的示数是1 16 V
12、 断开开关S1 3 使用测得的数据 计算出干电池的内阻是 计算结 果保留两位有效数字 4 由于所用电压表不是理想电压表 所以测得的电动势比实际 值偏 选填 大 或 小 解析 1 电路图如图所示 2 读出 20 闭合S2后电阻箱才工作 3 S1闭合 S2断开时 RV很大 可得 E U1 S1 S2都闭合时 代入数据得 故r 0 69 4 由于电压表不是理想电压表 所以外电路不能视为断路 电 路中有电流 电压表示数小于电阻箱两端的电压 即测量值小于 真实值 答案 1 见解析 2 20 闭合 3 0 69 4 小 规律方法 测定电源电动势和内电阻的其他常用方法 1 电压表和电阻箱 原理 误差来源 电压表分流 测量结果 电动势和内电阻均偏小 2 电流表和电阻箱 原理 E I1R1 I1r E I2R2 I2r 误差来源 电流表分压 测量结果 电动势无偏差 内电阻偏大
