_人教版高中物理选修3-1第二章第10节实验：测定电源的电动势和内阻课件(共53张PPT)

(共53张PPT)
2.10
实验：
测定电池的电动势和内阻
1
一、实验目的
1．掌握伏安法测定电源的电动势和内阻的方法．
2．掌握用图象法求电动势和内阻．
2
二、实验原理
闭合电路欧姆定律
测量电动势和内阻的
三种方案
3
方案一：伏安法
实验电路图
根据公式可知：只要测出两组电压和电流，代入上式，联立方程即可求出电源的电动势和内阻
4
方案二、
根据上式可知：如果得到I、R两组数据，即可列出关于E和r的两个方程，联立两方程可求出电源的电动势和内阻
A
实验电路图
5
V
方案三：
实验电路图
由上式可知：如果得到U、R的两组数据，同样能通过解方程组求出E、r
6
三、实验器材
电池（被测电源）、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔．
7
四、实验操作
1．实验步骤
(1)电流表用0.6
A量程，
电压表用3
V量程，
按图所示连接好电路．
(2)把滑动变阻器的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一端．
8
(3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)．用同样方法测量几组I、U值，填入表格中.
第1组
第2组
第3组
第4组
第5组
第6组
U/V
I/A
(4)断开开关，拆除电路，整理好器材．
9
v
A
实验电路及其实物连线图
甲
数据处理
数据的处理方法
公式法
图象法
11
把所测量的数据代入U
=
E?Ir，
计算出
，
同理，把其它几组
r2、r3、E2、E3算出来，
用公式，
即为所测电源的电动势和内阻。
公式法
图象法
E
I短
（1）图象在纵轴上的截距为电源的电动势E
（2）图象在横轴上的截距为短路电流I短
（U=0）
（3）图象斜率的绝对值为电源内阻
U0
由U
=E
-Ir
可知，U
是I
的一次函数。
（I=0）
I/A
U/V
0
图象在横轴上的截距还是短路电流吗？
讨论:将图线延长,与横纵轴的交点各代表什么情况?
0
1.5
1.0
0.8
0.4
0.6
0.2
1.1
1.2
1.3
1.4
U
I
不考虑
在坐标纸上以电流I
为横轴，路端电压U
为纵轴，描点连线画出U-I
图线，并延长U-I
图线与坐标轴相交，
（1）图线跟纵轴的交点即为电动势E的值；
（2）图线斜率的绝对值即为内阻的值。
I/A
U/V
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1.1
1.2
1.4
1.3
丙
1.5
U/V
0
0.5
1.0
1.5
I/A
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
甲
I/A
乙
0.5
1.0
1.5
U/V
0.2
0.3
0.4
0.5
0
0.1
0
五、重要注意事项
（1）本实验在电键闭合前，变阻器滑片位置
（2）为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的干电池．
（3）实验中将电流不要太大，每次读完数后立即断电
（4）画U--I
图，描点连线时，应使图线通过尽可能多
的点，使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，　　　　
　　
偏离直线太远的点可舍去。
（5）画U--I
图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，
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)
六、误差分析
1．由读数不准和电表线性不良引起误差．
2．用图象法求E和r时，由于作图不准确造成的误差．
3．测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化．
4．电压表和电流表的内阻影响而导致的误差．
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A
V
电压表示数
电流表示数
误差原因:电压表分流
适用条件：测量小阻值电阻，即
思考：E测和E真的大小关系？r测和r真的大小关系？
根据闭合回路欧姆定律，两次测量的方程为：
A
V
甲
若考虑两表内阻，应用欧姆定律有：
真实值
测量值
0
E
=
U
+
Ir
E测
r
测
<
r真
E测
E真
注意：当外电路短路时，电流表的示数I测等于干路电流I真。所以两图线相交于横轴一点。
电压表示数
电流表示数
误差原因:电流表分压
适用条件：测量大阻值电阻.即
思考：E测和E真的关系？r测和r真的大小关系？
V
乙
A
真实值
测量值
0
E
=
U
+
Ir
E测
=
E真
r
测
>
r真
E测
注意：当外电路断路时，UA=0，则U测=E，两图线相交于纵轴一点。
系统误差原因分析(等效替代)
r
测
<
r真
r
测
>
r真
A
V
甲
A
V
乙
E测
E测
=
E真
.
.
----------------
.
.
.
I
U
.
.
.
.
I
U
0
0
例1、在用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻的实验中：
（1）备有如下器材：
A．干电池1节；
B．滑动变阻器(0～20
Ω)；
C．滑动变阻器(0～1
kΩ)；
D．电压表(0～3
V)；
E．电流表(0～0.6
A)；
F．电流表(0～3
A)；
G．开关、导线若干．
其中滑动变阻器应选________，电流表应选________．
(只填器材前的序号)
（1）解析：由于干电池的电动势只有1.5
V，滑动变阻器应选B，从测量的数据可以看出电流最大只有0.4
A，电流表应选E.
25
（2）为了最大限度地减小实验误差，请在下面的虚线框中画出该实验最合理的电路图．
电流表内接
26
(3)某同学记录的实验数据如下表所示，试根据这些数据在图中画出U－I图线，根据图线得到被测电池的电动势E=_1.45_______V，内电阻r=________Ω.
1
2
3
4
5
6
I/A
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.40
U/V
1.32
1.26
1.18
1.13
1.04
0.93
作出的U－I图象如图所示，从图象上可以看出在U轴上的截距为1.45
V，即电源的电动势为1.45
V．图象斜率的绝对值为：k＝ΔU/ΔI＝0.65/0.5
Ω＝1.3
Ω.`
27
例2、在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表（视为理想电压表）的量程较小，某同学设计了如图所示的实物电路．
28
(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到______．(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)
(1)解析：实验中电阻箱起到改变电路的总电阻和分压作用，为了确保仪器的安全，一般将电阻箱的电阻先调到
最大值．
29
(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R0＝10
Ω的定值电阻两端的电压U.下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是________．(选填“1”或“2”)
方案编号
电阻箱的阻值R/Ω
1
400.0
350.0
300.0
250.0
200.0
2
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
(2)解析：由于定值电阻R0＝10
Ω，若选用方案1，则电压表的示数较小，示数变化范围也很小，所以选用方案
2.
30
31
能力提升
32
1、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
33
C
D
2、下列给出多种用伏安法测电池电动势和内阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差又直观、简便的是
A．测出两组I、U的数据，代入方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E和r
B．多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值
C．测出多组I、U的数据，画出U—I图象，再根据图象求E、r
D．多测几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r
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C
3、用如图所示的电路测量电池电动势和内电阻时，若有两只电压表V1、V2量程相同，内阻分别为RV1、RV2，且RV1>RV2；两只电流表A1、A2量程相同，内阻分别为RA1、RA2，且RA1>RA2，在实验中，为了使E、r的测量值更精确一些，选择的电表可以是
A．V1与A1　　　　　　　　B．V1与A2
C．V2与A1
D．V2与A2
35
A
B
解析：
答案：
AB
本实验的系统误差主要来源于电压表分流作用
故：电压表内阻越大，电流表所测电流越接近于干路中的电流的真实值
则：所测电池的内阻也越接近电池内阻的真实值
故电压表选用内阻大的好
而电流表对本实验无影响，因为电流表与R是串联
不需知道R与RA的值，故电流表选用哪一个都可以．
36
4、用如图所示的电路测定电池的电动势和内阻，根据测得的数据作出了如图所示的U—I图象，由图象可知
A．电池电动势为1.40
V
B．电池内阻值为3.50
Ω
C．外电路短路时的电流为0.40
A
D．电压表的示数为1.20
V时，电流表的示数I约为0.20
A
37
解析：
闭合电路路端电压与电流的关系图象中，纵截距表示电源的电动势，故电源的电动势为1.4V
图线的斜率表示电源的内阻：
U轴不是从零开始的，故横截距不是短路电流
短路电流为：
电压表的示数为1.20
V时，电流表的示数
?
38
5、在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路．
(1)按如图甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来．
(2)在如图乙所示的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于________端(填A或B)．
(3)图是根据实验数据作出的U—I图象，由图可知，电源的电动势E＝________
V，内阻r＝________
Ω.
39
(1)按如图甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来．
40
6、测量电源的电动势及内阻的实验电路图如图(a)所示．图(b)中给出的器材有：待测电源(电动势约为4
V，内阻约为2
Ω)，电压表(内阻很大，有5
V、15
V两个量程)，电流表(内阻不计，有0.1
A、1
A两个量程)，滑动变阻器(阻值范围0～10
Ω)，开关．另有导线若干．试按照图(a)中的电路在图(b)中画出连线，将器材连接成实验电路(要求正确选择电表量程，以保证仪器的安全并使测量有尽可能高的精确度)．
41
电源电动势约为4
V，所以电压表选择5
V的量程，估算通过电源的最大电流为I＝4/2
A＝2
A，所以电流表选择1
A的量程
42
7、要测量一电源的电动势E(小于3
V)和内阻r(约1
Ω)，现
有下列器材：电压表V(3
V和15
V两个量程)、电阻箱(0～999.9
Ω)、定值电阻R0＝3
Ω、开关和导线．某同学根据所给器材设计如图甲的实验电路．
43
(1)电路中定值电阻R0的作用是______________。
(2)请根据图甲电路，在图乙中用笔画线代替导线连接电路．
防止短路，保护电源
44
(3)该同学调节电阻箱阻值R，读出对应的电压表读数U，得到两组数据：R1＝2.0
Ω时U1＝2.37
V；R2＝4.0
Ω时U2＝2.51
V．由这两组数可求得电源的电动势为E＝________
V，内阻为r＝________
Ω.
(4)为使最终测量结果更精确，在不改变实验方法、不更换实验器材的前提下，请你对该同学提一条建议_______________
多测几组R、U，分别求出电动势E、内阻r，再求E、r的平均值，利用图象处理数据．
45
8、某同学想自己制作一个金属温度计，为此该同学从
实验室找到一个热敏电阻，并通过查资料获得该热敏电阻的阻值R随温度t变化的图线如图实－10－9甲所示．该同学进行了如下设计：将一电动势E＝1.5
V(内阻不计)的电源、量程5
mA内阻Rg＝100
Ω的电流表及电阻箱R′，及用该热敏电阻作测温探头的电阻R，串成如图乙所示的电路，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”．
46
47
(1)电流刻度较小处对应的温度刻度________；(填“较高”或“较低”)
(2)若电阻箱阻值R′＝70
Ω，图丙中5
mA刻度处对应的温度数值为________℃.
解析：由闭合电路欧姆定律E＝Ig(R＋R′＋Rg)，可见电流越小电阻越大，而电阻越大温度则越高，即电流刻度较小处对应的温度刻度应该较高．
解析：若电阻箱阻值R′＝70
Ω时，将数据带入E＝Ig(R＋R′＋Rg)得热敏电阻的阻值R＝130
Ω，结合图甲可知此时对应的温度数值为30℃.
48
9、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
Ω)一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图(a)．
49
(1)在图(b)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．
50
(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(c)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________，闭合开关S1，电压表的示数是1.16
V.
20Ω
闭合
51
(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)．
解析：开关S1闭合，S2断开，电压表示数1.49
V即为电动势测量值
闭合S2，电压示数为1.16
V
由闭合电路欧姆定律
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(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________(填“大”或“小”)．
由于电压表内阻并不是无穷大，故电
动势测量值小于其真实值
53