资源简介

(共30张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
第 3 节 实验：电池的电动势和内阻的测量
2、电源电压守恒关系：
1、闭合电路欧姆定律：
E=I(R+r)
图象在横轴上的截距为短路电流I短
（U=0）
图象斜率的绝对值为电源内阻
（I=0）
E
I短
I/A
U/V
0
图象在纵轴上的截距为电源的电动势E
（2）路端电压和电流关系：U =E -Ir
知识回顾
等价变形
外电路为纯电阻
外电路为任意电阻性质
（1）路端电压和负载关系：U外随R的增大而增大，减小而减小
生活中电池折旧后会有什么变化？
如果我们想比较下它们的电动势和内阻的关系应该如何设计实验呢？
本节课我们就一起来探讨下电池的电动势和内阻的测量方法。
(1)掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法.
(2)学会用U-I图线处理数据的方法.
1、实验目的
A
V
K
E,r
一、伏安法测电源电动势和内阻
2、基本原理
U：路端电压（或电源两端电压）;
I：干路电流，即通过电源的电流;
E：待测电动势； r: 待测内阻；
闭合电路的欧姆定律：
（1）滑动变阻器：限流式接法,(变阻器调节和控制干路电流和电压)
（2）电流表内外接法：
①外接法: 根据小外偏小结论，适合于测小内阻电源，如：干电池。
②内接法: 根据大内偏大结论，适合于测大内阻电源，如：水果电池。
3、电路设计（接法选择）
电流表外接法
电流表内接法
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
4.实验器材
电流表：0~0.6A
（2）把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大；
（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
并记录几组I和U的值；
（4）断开开关，整理好器材；
（5）数据处理：用原理中的方
法计算或从U－I图象中找出E和r；
（1）确定电流表、电压表的量程，按图所示电路把器材连接好；
5、实验步骤
A
V
S
R
1.代数法
｛
从而计算出：
6.实验数据处理
A
V
S
E,r
2.图像法
根据
E=U+Ir
U=E-Ir
I
U
×
×
×
×
×
A
B
电动势E
短路电流
纵坐标可以不从0开始
电源的伏安特性曲线
斜率k绝对值=r
6.实验数据处理
A
V
S
E,r
A
V
K
E,r
7.实验电路的比较
两个图有何区别？为什么实验不使用电路2测量？
假设是理想电表，两个电路图是一样的。
对于内阻比较大的电源，使用下图。
电路1
电路2
A
V
K
E,r
1、本实验中，存在的系统误差是由于电压表的分流引起。
U
I
测量值
×
×
×
真实值
2、由U-I图线可知，该实验的测量结果将导致电源的电动势E和内阻r都偏小。
I真
Iv
A
V
S
E,r
I测
7.电路1 误差分析
3、本电路适合测内阻较小的电池的电动势和内阻。
A
V
K
E,r
1、本实验中，存在的系统误差是由于电流表的分压引起。
U
I
测量值
×
×
×
真实值
2、由U-I图线可知，该实验的测量结果将导致电源的内阻r偏大，但电动势E测=E真
U外
U测
UA
7.电路2 误差分析
3、本电路适合测内阻较大的电池的电动势和内阻。
二、其他方法测电源电动势和内阻
（1）方法：
不改变电阻箱阻值，读出并记录多组对应电阻、电压表示数
（2）原理式：
（3）数据处理：
①计算法：
②图像法：
解方程求平均值
求斜率K，利用斜率K=r/E,纵截距为1/E求电源电动势和内阻
（4）误差分析：电压表分流,相当于电流表外接法，小外皆偏小：E测＜E真 r测＜r真
（5）减小误差方法：尽可能用大阻值电压表;或RV已知，对误差补偿
1、伏阻法（电压表一表两用）（阻是电阻箱不是变阻器也不是定值电阻）：
（1）方法：
改变电阻箱阻值，读出并记录多组对应电阻、电流表示数
（2）原理式：
（3）数据处理：
①计算法：
②图像法：
解方程求平均值
求斜率K，利用斜率K=r/E,纵截距为1/E求电源电动势和内阻
（4）误差分析：电流表分压,相当于电流表内接法，大内一偏大：E测=E真 r测>r真
（5）减小误差方法：尽可能用小阻值电流表;或RA已知，对误差补偿
2、安阻法（电流表一表两用）：
采用一个定值电阻、两块电流表、一个电键和导线若干, 测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。
3、安安法（流阻替代电压表）
A2
S
E,r
R
A1
A2
S
E,r
R
A1
计算式：E=I2R+(I1+I2)r
计算式：E=I2R+I1r
相当于电流表外接法
相当于电流表内接法
小外皆偏小：E测＜E真 r测＜r真
大内一偏大：E测=E真 r测>r真
采用一个定值电阻、两块电压表、一个电键和导线若干, 测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。
4、伏伏法（压阻替代电流表）
S
E,r
R
V2
V1
S
E,r
R
V2
V1
计算式：E=U2+(U1/R)r
计算式：E=U2+(U1/R)r
相当于电流表外接法
相当于电流表内接法
小外皆偏小：E测＜E真 r测＜r真
大内一偏大：E测=E真 r测>r真
（1）电键闭合前，变阻器滑片应置于阻值最大位置处.
（2）测量旧电池时,电流不宜太大，读完数后立即断电，以免使电动势和内阻发生变化.
（3）要测出不少于6组Ｉ、Ｕ数据，且变化范围要大一些.
（4）作Ｕ—Ｉ图线
①尽可能多的点在直线上，不在线上的点均匀分布在直线两侧，偏离太远的点可舍去.
②坐标轴的单位选择要恰当，使图线分布在坐标纸中心，不能使图线位于某一角上；
③纵坐标原点不从0开始，横截距不再是短路电流I=E/r；横坐标原点不从0开始，纵截
距不再是电源电动势E，但图线斜率的绝对值仍为内阻r.
④使用 U--I 图线求内阻时，应在图像中任取两个相距较远的点，r=(U2-U1)/(I1-I2)
注意事项
典例精析
1．某实验小组的同学欲测量一组废旧电池组的电动势和内阻，实验室提供的器材如下：
A．废旧电池组：电动势E约为3V，内阻r约为4.5
B．电压表V：量程为0-3V，内阻R约为15k
C．电流表A1：量程为0-0.6A，内阻r1约0.05
D．电流表A2：量程为0-100mA，内阻r2约为5
E．滑动变阻器R1：阻值0-10
F．滑动变阻器R2：阻值0-1k
G．开关，导线若干
（1）该实验小组应选择的电流表为___________，应选择的滑动变阻器为___________。（填器材前面的字母序号）
C
E
（2）通过改变滑动变阻器阻值测绘出的U-I图像如图甲所示，则该电池组的电动势E=___________，内阻r=___________。（结果保留两位有效数字）
3.0
4.0
典例精析
典例精析
典例精析
2．利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。
（1）应该选择的实验电路是____（选填“甲”或“乙”）
甲
典例精析
B
C
典例精析
典例精析
本课小结
1、实验原理：
2、器材选择
3、实验步骤
4、数据处理及误差分析：公式法和图像法
5、拓展方法
U-I法（伏安法）：E=U+Ir
I –R 法：E =IR +Ir
U –R 法：
r
R
U
U +
E =
课堂练习
1．某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合．为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是(　　)
A．一个电流表、一个电压表和一个滑动变阻器
B．一个电压表和多个定值电阻
C．一个电流表和一个电阻箱
D．两个电流表和一个滑动变阻器
D
课堂练习
2．利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻．
要求尽量减小实验误差．
(1)应该选择的实验电路是图中的________(选填“甲”或“乙”)．
(2)现有电流表(0～0.6 A)、开关和导线若干，以及以下器材：
A．电压表(0～15 V) B．电压表(0～3 V)
C．滑动变阻器(0～50 Ω) D．滑动变阻器(0～500 Ω)
实验中电压表应选用________；滑动变阻器应选用_____．(选填相应器材前的字母)
(3)某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U－I图线．
序号 1 2 3 4 5 6
电压U/V 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10
电流I/A 0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480
(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E＝________ V，内电阻r＝________ Ω.
甲
B
C
1.5
0.83
课堂练习
解析:(1)电流表内阻与电池内阻相差不多，如果用乙图误差较大，应选用甲图．
(2)干电池的电动势为1.5 V左右，为减小误差，应选择量程为3 V的电压表；根据
电源电动势和电流表量程，可知应选择最大阻值为50 Ω的滑动变阻器．
(3)第四组数据误差较大，应舍去，连线后如图所示．
(4)根据U－I图像，电源的电动势为纵轴的截距，为1.5 V，内阻为斜率的大小，r＝(1.5－1.0) Ω/0.6≈0.83 Ω.
课堂练习
3．有一特殊电池，它的电动势约为9 V，内阻约为40 Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50 mA。为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图甲所示电路进行实验，图中电流表的内阻RA＝5 Ω，R为电阻箱，阻值范围为0～999.9 Ω，R0为定值电阻，对电源起保护作用。
(1)本实验中的R0应选________(填字母)。
A．10 Ω　　　　　　　　 B．50 Ω
C．150 Ω D．500 Ω
(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线，则根据图线可求得该电池的电动势E＝________V，内阻r＝________ Ω。
C
10
45
课堂练习

展开更多......

收起↑