高中物理 第2章 第10節(jié) 實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻課件 新人教版選修3-1.ppt

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第二章恒定電流 第10節(jié)實(shí)驗(yàn) 測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 1 理解實(shí)驗(yàn)原理 會(huì)分析實(shí)驗(yàn)誤差 2 會(huì)用圖象法處理數(shù)據(jù) 并從圖象上求出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 3 能根據(jù)此實(shí)驗(yàn)的原理和方法設(shè)計(jì)出其他測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法 一 實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)閉合電路歐姆定律可以有下面三種方案求出電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 聯(lián)立就可以解出結(jié)果 實(shí)驗(yàn)電路如圖所示 二 實(shí)驗(yàn)器材在不同的方案中需要的實(shí)驗(yàn)器材略有不同 分別如下 方案1 待測(cè)電池一節(jié) 電流表 電壓表各一個(gè) 滑動(dòng)變阻器一個(gè) 開(kāi)關(guān)一個(gè) 導(dǎo)線若干 方案2 待測(cè)電池一節(jié) 電流表一個(gè) 電阻箱一個(gè) 開(kāi)關(guān)一個(gè) 導(dǎo)線若干 方案3 待測(cè)電池一節(jié) 電壓表一個(gè) 電阻箱一個(gè) 開(kāi)關(guān)一個(gè) 導(dǎo)線若干 三 實(shí)驗(yàn)步驟 以方案1為例 1 電流表用0 6A量程 電壓表用3V量程按圖連接好電路 2 把滑動(dòng)變阻器滑片移到使電阻最大的一端 3 閉合開(kāi)關(guān) 調(diào)節(jié)變阻器 使電流表有明顯的示數(shù) 記錄一組數(shù)據(jù) I U 填入下面的表格 用同樣的方法測(cè)量幾組I U值 填入表格 3 閉合開(kāi)關(guān) 調(diào)節(jié)變阻器 使電流表有明顯的示數(shù) 記錄一組數(shù)據(jù) I U 填入下面的表格 用同樣的方法測(cè)量幾組I U值 填入表格4 斷開(kāi)開(kāi)關(guān) 整理好器材 四 數(shù)據(jù)處理1 公式法 把測(cè)量的幾組數(shù)據(jù)分別代入E U Ir中 然后兩個(gè)方程為一組 解方程求出幾組E r的值 最后對(duì)E r分別求平均值作為測(cè)量結(jié)果 2 圖象法 1 以I為橫坐標(biāo) U為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系 根據(jù)幾組I U的測(cè)量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn) 2 用直尺畫(huà)一條直線 使盡量多的點(diǎn)落在這條直線上 不在直線上的點(diǎn) 能大致均衡地分布在直線兩側(cè) 五 誤差分析1 偶然誤差主要來(lái)源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U I圖象時(shí)描點(diǎn)不準(zhǔn)確 2 系統(tǒng)誤差 1 電流表相對(duì)于待測(cè)電阻 電源內(nèi)阻 外接 如圖1所示 2 電流表相對(duì)于待測(cè)電阻 電源內(nèi)阻 內(nèi)接 如圖3所示 產(chǎn)生原因 由于電流表的分壓作用 使得電壓表的讀數(shù)比電源的路端電壓小 電流表測(cè)得的電流等于流過(guò)電源的電流 所以在流過(guò)電流相同的情況下 U測(cè) U真 測(cè)量值和真實(shí)值的大小比較 依照分析可繪制出圖4圖線 可以從圖線的意義得E測(cè) E真 r測(cè) r真 綜合上述 任一種電路都存在系統(tǒng)誤差 若電源內(nèi)阻較小時(shí) 不能采用圖3中的測(cè)量電路 盡管電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值準(zhǔn)確 但內(nèi)阻的測(cè)量誤差很大 因此要選用圖1中的測(cè)量電路 六 注意事項(xiàng)1 為了使電池的路端電壓變化明顯 電池的內(nèi)阻宜大些 宜選用舊電池和內(nèi)阻較大的電壓表 2 電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象較嚴(yán)重 電動(dòng)勢(shì)E會(huì)明顯下降 內(nèi)阻r會(huì)明顯增大 故長(zhǎng)時(shí)間放電電流不宜超過(guò)0 3A 短時(shí)間放電電流不宜超過(guò)0 5A 因此實(shí)驗(yàn)中不宜將I調(diào)得過(guò)大 讀電表的示數(shù)要快 每次讀完后應(yīng)立即斷電 4 為了提高測(cè)量的精確度 在實(shí)驗(yàn)中I U的變化范圍要大一些 計(jì)算E r時(shí) U1和U2 I1和I2的差值要大一些 5 用伏安法測(cè)電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r時(shí) 可以設(shè)計(jì)成兩種電路 如圖所示 在實(shí)驗(yàn)中我們選擇甲圖的原因有 依據(jù)閉合電路的歐姆定律E U Ir 在實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)路端電壓U和電源中的電流I 可以看出 甲圖中由于電壓表的分流作用 使電流表測(cè)得的不是真實(shí)的電源中的電流 乙圖中由于電流表的分壓作用 電壓表測(cè)得的不是真實(shí)的路端電壓 這兩個(gè)電路都存在系統(tǒng)誤差 由于電流表的電阻和電源的內(nèi)阻差不多大 則乙圖測(cè)量的電源內(nèi)阻阻值和真實(shí)值相差太大 故電流表的分壓作用不能忽略 所以選用甲圖電路較好 6 儀器的選擇 1 電流表量程的選擇 量程要大于電源允許通過(guò)的最大電流 對(duì)于電池來(lái)講允許通過(guò)的最大電流是0 5A故需要選0 0 6A 2 電壓表量程的選擇 量程要大于電源電動(dòng)勢(shì) 對(duì)一節(jié)干電池來(lái)講 電壓表量程在大于1 5V的前提下越小越好 3 滑動(dòng)變阻器的選擇 滑動(dòng)變阻器的最大電阻為待測(cè)電阻的幾倍時(shí)較好 在該實(shí)驗(yàn)中因電源內(nèi)阻比較小 故滑動(dòng)變阻器選擇較小一點(diǎn)的即可 2015 邯鄲聯(lián)考 用如圖甲所示的電路測(cè)量一節(jié)蓄電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 蓄電池的電動(dòng)勢(shì)約為2V 內(nèi)電阻很小 除蓄電池 開(kāi)關(guān) 導(dǎo)線外可供使用的實(shí)驗(yàn)器材還有 A 電壓表V 量程3V B 電流表A1 量程0 6A C 電流表A2 量程3A D 定值電阻R0 阻值4 額定功率4W E 滑動(dòng)變阻器R 阻值范圍0 20 額定電流1A 1 電流表應(yīng)選 填器材前的字母代號(hào) 2 將圖乙中的實(shí)物按圖甲的電路連線 3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出U I圖象 圖丙 則蓄電池的電動(dòng)勢(shì)E V 內(nèi)阻r 3 根據(jù)閉合電路歐姆定律U E Ir可知 U I圖象的斜率表示定值電阻和內(nèi)阻的阻值之和 縱軸截距表示電動(dòng)勢(shì) E 2 10V r 0 20 答案 1 B 2 見(jiàn)解析 3 2 100 20 方法總結(jié) 1 實(shí)驗(yàn)儀器的選取測(cè)一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 電壓表應(yīng)選擇3V量程 一般通過(guò)干電池的電流不能過(guò)大 電池在大電流時(shí)電動(dòng)勢(shì)會(huì)明顯下降 內(nèi)電阻r會(huì)明顯增大 因此電流表應(yīng)選擇0 6A擋 電池應(yīng)選擇廢舊干電池 此時(shí)電池內(nèi)阻大 路端電壓變化范圍大 為使滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)方便 滑動(dòng)變阻器選擇最大阻值10 左右的電阻 2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 在用U I圖象處理數(shù)據(jù)時(shí)注意坐標(biāo)原點(diǎn)的數(shù)據(jù) 防止直接用縱坐標(biāo)值與橫坐標(biāo)值 截距 求電阻而出錯(cuò) 圖線斜率的絕對(duì)值為電源的內(nèi)阻 圖象中圖線與U軸的交點(diǎn)的值為電動(dòng)勢(shì) 1 設(shè)計(jì)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的電路并將它畫(huà)在指定的方框內(nèi) 要求在圖中標(biāo)出電壓表 電流表的接線柱的正負(fù) 2 為了滿足本實(shí)驗(yàn)要求并保證實(shí)驗(yàn)的精確度 電壓表量程應(yīng)擴(kuò)大為原量程的 倍 電阻箱的阻值應(yīng)為 解析 1 電源電動(dòng)勢(shì)為1 5V 而電壓表最大量程為1V 需將電壓表擴(kuò)大量程再用 故電壓表應(yīng)與電阻箱串聯(lián)使用 設(shè)計(jì)電路如圖所示 答案 1 如解析中圖所示 2 2998 3 方法總結(jié) 本實(shí)驗(yàn)利用伏安法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 但在電壓表或電流表量程不滿足測(cè)量要求時(shí) 需創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 將電壓表或電流表擴(kuò)大量程 其基本原理仍是閉合電路歐姆定律