人教版高中物理必修第三冊第十二章電能能量守恒定律12-3實驗：電池電動勢和內阻的測量課件

第十二章電能能量守恒定律3實驗:電池電動勢和內阻的測量一、實驗思路1.通過前面的學習,我們知道測量電阻最常用的方法就是伏安法.電動勢和內阻是電源的重要參量,要測量一個電池的電動勢和內阻,依據伏安法如何設計該實驗?選用什么器材?把你自己研究的方案寫出來.答案:依據伏安法可設計如圖所示的電路.根據閉合電路歐姆定律,電源電動勢E、內阻r與路端電壓U、電流I的關系可以寫成E=U+Ir.如果能測出U、I的多組數據,就可以列出關于E、r的方程,從而解出E和r.所用器材:電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關、導線、坐標紙、刻度尺、鉛筆等.2.如果只有一個電流表沒有電壓表,又該怎么設計電路,需要什么器材?如果只有一個電壓表呢?答案:如果只有一個電流表,無法直接測量電壓,可借助一電阻箱設計如圖甲所示電路.由E=IR+Ir可知,只要能得到I、R的兩組數據,列出關于E、r的兩個方程,就能解出E、r.用到的器材:電池、開關、導線、電阻箱、電流表等.甲如果只有一個電壓表,無法直接測量電流,可借助一電阻箱設計如圖乙所示電路.乙

二、進行實驗(以伏安法為例)1.確定電流表、電壓表的量程(電流表用0~0.6A量程,電壓表用0~3V量程),按實驗原理圖(如圖)連接好電路.2.把滑動變阻器的滑片移動到使其接入電路中的阻值最大的一端.3.閉合開關,調節(jié)滑動變阻器,使電流表有明顯的示數,記錄一組數據(U1、I1),用同樣的方法多測量幾組U、I值.4.斷開開關,整理好器材.三、數據記錄分別將記錄的電流表、電壓表示數填入設計好的表格中.測量量實驗次數123456I/A

U/V

四、數據分析根據實驗測得的路端電壓U、電流I,怎樣得到電池的電動勢和內阻?答案:可用以下兩種方法得出電池電動勢和內阻.

五、誤差分析(1)偶然誤差:主要來源于電壓表和電流表的讀數,以及作U-I圖像時描點不準確.(2)系統誤差:電壓表的分流作用使從電流表上讀出的數值比流過電源的電流小一些.U越大,電流表的讀數與總電流的偏差就越大.將測量結果與真實情況在U-I坐標系中表示出來,如圖所示,可見E測<E真,r測<r真.六、注意事項(1)為使電池的路端電壓有明顯變化,應選取內阻較大的舊干電池.(2)實驗中不能將電流調得過大,且讀數要快,讀完后立即切斷電源,防止干電池大電流放電時內阻r明顯變化.(3)若干電池的路端電壓變化不很明顯,作圖像時,縱軸標度可取得小一些,且縱軸起點可不從0開始.

命題角度1

鞏固強化——應該怎么做【典例1】利用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動勢和內阻,要求盡量減小實驗誤差.(1)應該選擇的實驗電路是圖中的

(選填“甲”或“乙”).

甲乙(2)現有開關和導線若干,以及以下器材:A.電流表(0~0.6A)B.電流表(0~3A)C.電壓表(0~15V)D.電壓表(0~3V)E.滑動變阻器(0~10Ω)F.滑動變阻器(0~500Ω)實驗中電流表應選用

,電壓表應選用

,滑動變阻器應選用

.(均選填相應器材前的字母)

解析:(1)如果用題圖乙電路,誤差來源于電流表的分壓作用,測量時將電流表內阻當成電源內阻的一部分,而電流表內阻與電源內阻很接近,故電源內阻測量誤差大;用題圖甲電路,誤差來源于電壓表的分流作用,因為電壓表的內阻遠大于滑動變阻器的電阻,故電壓表的分流作用很小,測量引起的誤差小,故選擇甲電路圖.(2)電源電動勢約為1.5V,因此電壓表量程選擇0~3V,故選D;為使電流表指針有較大角度的偏轉,需選用小量程電流表和全阻值小的滑動變阻器,故電流表選A,滑動變阻器選E.答案:(1)甲(2)A

D

E選擇儀器的原則(1)安全性原則,即一定要保證儀器的安全.對電表來講不超過量程,對滑動變阻器來講不能超過其額定電流.(2)精確性原則,即要保證測量時讀數精確.對電表來講在不超量程的前提下,盡量選用小量程的,對歐姆表來講盡量讓指針指在中值刻度附近.(3)方便性原則,此原則主要針對滑動變阻器.在滑動變阻器控制電路時,電路的電壓、電流的變化范圍要盡可能大,以便獲取多組測量值.【典例2】用電流表和電壓表測量電源的電動勢和內阻,實驗原理圖及所需器材如圖甲、乙所示.(1)在圖乙中用筆畫線代替導線將器材按原理圖連接成實驗電路.甲乙(2)一位同學記錄的6組數據見下表:I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05試根據這些數據在圖丙中作出U-I圖像,根據圖像讀出電源的電動勢E=

V,求出電源內阻r=

Ω.

丙

答案:(1)如圖甲所示.

(2)如圖乙所示.

1.46(1.45~1.47均可)

0.71(0.69~0.73均可)甲乙命題角度2拓展遷移——還能怎么做1.對實驗原理再設計,除了常用的伏安法、安阻法、伏阻法,還可以采用安安法.2.對實驗器材的改進:使用電壓傳感器、電流傳感器替代電壓表、電流表,可提高讀數的準確性和操作的便捷性.【典例3】測定一組干電池的電動勢和內阻的實驗中,備有下列器材:A.待測的干電池B.電流表A1(內阻可忽略不計)C.電流表A2(內阻可忽略不計)D.定值電阻R0(阻值1000Ω)E.滑動變阻器R(阻值0~20Ω)

F.開關和導線若干某同學發(fā)現上述器材中雖然沒有電壓表,但給出了兩個電流表,于是他設計了如圖甲所示的電路完成實驗.(1)在實驗操作過程中,該同學將滑動變阻器的滑片向左滑動,則電流表A1的示數將

(選填“變大”或“變小”).

甲(2)該同學利用測出的實驗數據繪出的I1-I2圖像如圖乙所示(I1為電流表A1的示數,I2為電流表A2的示數,且I2的數值遠大于I1的數值),則由圖線可得被測電源的電動勢E=

V,內阻r=

Ω(計算結果保留兩位有效數字)

.乙(3)若將圖線的縱坐標改為

,則圖線在縱軸的截距的物理含義為電源電動勢.

答案:(1)變大(2)3.0

1.0

(3)I1R0【典例4】為了測定電源電動勢E、內阻r和定值電阻R0的阻值,某同學利用傳感器設計了圖甲所示的電路,閉合開關S,調節(jié)滑動變阻器的滑片P向某一方向移動時,通過電壓傳感器1、電壓傳感器2和電流傳感器測得的數據,用計算機分別描繪了圖乙所示的M、N兩條U-I直線,請回答下列問題:甲乙(1)根據圖乙中的M、N兩條直線可知,

.

A.直線M是根據電壓傳感器1和電流傳感器的數據繪得的B.直線M是根據電壓傳感器2和電流傳感器的數據繪得的C.直線N是根據電壓傳感器1和電流傳感器的數據繪得的D.直線N是根據電壓傳感器2和電流傳感器的數據繪得的(2)根據圖乙可以求得定值電阻R0=

Ω.

(3)電源電動勢E=

V,內阻r=

Ω.

解析:(1)定值電阻的U-I圖像是正比例函數圖線,一定經過原點,故圖線M是根據電壓傳感器2和電流傳感器的數據繪得的;而圖線N的電壓隨電流的增大而減小,故圖線N是由電壓傳感器1和電