教科版_选修3-1_5. 学生实验：测量电源的电动势和内阻课件29张PPT

实验：测定电池的电动势和内阻
U
电动势和内阻是电源的两个重要参量，若电池的电动势和内阻未知，如何测量电源的这两个参量呢？有哪些测量方法？分别需要什么器材？
趣味情景导学
1.了解测定电源的电动势和内阻的实验原理。
2.学会用图象进行数据处理的方法。
3.会分析本实验的测量误差，了解减小误差的方法。
(重点)
(难点)
学习目标
1. U-I法：E=U+Ir
【探究：实验原理】
情景1：给你一节使用过的干电池、一个滑动变阻器、一个电流表、一个电压表、一个开关和导线若干,如何测量这节电池的电动势和内阻?
E=U2+I2r
E=U1+I1r
A
V
S
R
方法一：伏安法测电动势和内阻
问题导学：
情景2：给你一节使用过的干电池、一个电流表、一个电阻箱、一个开关和导线若干,如何测量这节电池的电动势和内阻?
2.I-R法：E=IR+Ir
方法二：用电流表、电阻箱测电动势E和内电阻r
3. U-R法：
V
R
S
情景3：给你一节使用过的干电池、一个电压表、一个电阻箱、一个开关和导线若干,如何测量这节电池的电动势和内阻?
方法三：用电压表、电阻箱测电动势E和内电阻r
一、伏安法测电源电动势和内阻的器材选择：
电流表：0～0.6A
电压表：0～3V
滑动变阻器：阻值较小的,最大阻值10～20Ω
被测干电池：内阻较大
开关和导线
A
V
S
R
1.恰当选择实验器材,连接好实物图
二、实验方法和步骤
2.把变阻器的滑片移到电阻值最大的一端。
3.闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，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六组U、I值。
4.断开开关，整理好器材。
方法一：公式法
改变R的值，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。
三、数据处理
E
I短
方法二:图象法
E
I
r
=
短
E
U
轴截距等于电动势
E
在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出几组的U、I值画出U-I图象。
R是直线的斜率的绝对值
【实验注意事项】
(1)如果使用的是水果电池，它的内阻虽然比较大，但不够稳定，测量前要做好充分的准备，测量尽量迅速。如果使用干电池，则选择内阻大些的、已使用过的电池。
(2)不要将I调得过大，每次读完U、I读数立即断电。
(3)画U-I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据测得的数据从某一恰当的值开始(但横坐标必须从0开始),这时图线与横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势E，图线的斜率的绝对值仍为内阻r。
四?误差分析
1.偶然误差:主要来源于电压表和电流表的读数以及作U-I图象时描点不是很准确。
2.系统误差:系统误差来源于未计电压表分流,近似地将电流表的示数看作干路电流。实际上电流表的示数比干路电流略小。
怎样理解？
系统误差分析：如果由实验得到的数据作出甲图中实线(a)所示的图象，那么考虑到电压表的分流后,得到的U-I图象应是图中的虚线(b),由此可见,按乙图所示的实验电路测出的电源电动势E测r真。
甲
乙
说明:
①外电路短路时,电流表的示数(即干路电流的测量值)I测等于干路电流的真实值,所以图中(a)(b)两图线交于短路电流处。
②当路端电压(即电压表示数)为U1时,由于电流表示数I1测小于干路电流I1真,所以(a)(b)两图线出现了甲图所示的差异。
【对点训练】某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1=1.0kΩ,电阻R1=9.0kΩ,为了方便读数和作图,给电池串联一个R0=3.0Ω的电阻。通过多次改变滑动变阻器触头位置,得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据,作出图象如图所示。由I1-I2图象得到电池的电动势E= V,内阻r= Ω。
答案：1.41(1.36～1.44均可) 0.5(0.4～0.6均可)
小 结
1.用伏安法测定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．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
C．根据实验记录的数据作U-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
D.出于安全的考虑，在选择电表时，量程越大越好
D
当堂检测
2.(多选)在测定电源的电动势和内阻的实验中，待测电池、开关和导线配合下列哪组仪器，可以达到测定目的
（ ）
A. 一只电流表和一个滑动变阻器
B. 一只电流表和一只电压表
C. 一只电流表和一个电阻箱
D. 一只电压表和一个电阻箱
ACD
3.(2016?四川高考)用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材:待测电源(电动势约3V,内阻约2Ω),保护电阻R1(阻值10Ω)和R2(阻值5Ω),滑动变阻器R,电流表A,电压表V,开关S,导线若干。
实验主要步骤:
(1)将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大,闭合开关。
(2)逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值,记下电压表的示数U和相应电流表的示数I。
(3)以U为纵坐标,I为横坐标,作U-I图线(U、I都用国际单位)。
(4)求出U-I图线斜率的绝对值k和在横轴上
的截距a。
回答下列问题:
(1)电压表最好选用 ;电流表最好选用　　　　。
A.电压表(0~3 V,内阻约15 kΩ)B.电压表(0~3 V,内阻约3 kΩ)
C.电流表(0~200 mA,内阻约2Ω)D.电流表(0~30 mA,内阻约2Ω)
(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示数增大。两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________。
A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端接线柱
B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端接线柱
C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱,另一条导线接在电阻丝左端接线柱
D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱,另一条导线接在电阻丝右端接线柱
(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式
E=　　　　,r=　　　　,代入数值可得E和r的测量值。
答案:(1)A　C　(2)C　(3)ka　k-R2
4.(2018·江苏高考)一同学测量某干电池的电动势和内阻。
(1)甲图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。
(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I,以及计算的 数据
见表:
根据表中数据,在方格纸上作出R- 关系图象。由图象可计算出
该干电池的电动势为______V;内阻为_________Ω。?
(3)为了得到更准确的测量结果,在测出上述数据后,该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱,当电流表的示数为0.33 A时,电压表的指针位置如乙图所示,则该干电池的电动势应为_________V;内阻应为　　　________Ω。?
答案:(1)①开关未断开　②电阻箱阻值为零
(2)如图所示 　
1.4(1.30～1.44都算对)　1.2(1.0～1.4都算对)
(3)1.4[结果与(2)问第一个空格一致]　1.0[结果比(2)问第二个空格小0.2]
5.在本节实验中，一位同学记录了如下表数据
　　　次数
物理量　　　
1
2
3
4
5
6
电流I(A)
0.12
0.20
0.31
0.32
0.44
0.57
电压U(V)
1.37
1.32
1.24
1.18
1.13
1.05
(1)根据数据选定下列供选用仪器的量程：
①直流电流表(0～0.6 A挡)，(0～3 A挡)；
②直流电压表(0～3 V挡)，(0～15 V挡)；
③滑动变阻器(0～10 Ω，允许最大电流为1.00 A)；
④滑动变阻器(0～1 000 Ω，允许最大电流为
0.60 A)。
(2)根据数据在下列所给的坐标纸上作U-I图线，
并根据图线求出E和r。
0
【解题关键】U-I图象的纵轴起点不是0，求解斜率要注意，横轴截距也不是短路电流。
【解析】 (1)根据记录数据和电流、电压有效数字位数，电流表选0.6 A量程，电压表选3V量程，变阻器选择0～10 Ω。
(2)U-I图象如图，由图线知E=1.45V