【最新】2018-2019学年最新(新课标)人教新版选修3-1课件:第二章第10节实验:测定电池的电动势和内阻_图文

第 10 节 实验:测定电池的电动势和内阻 一、实验目的 1.知道伏安法测量电源电动势和内阻的实验原理,进 一步理解电源路端电压随电流变化的关系。 2.学会根据图像合理外推进行数据处理的方法。 3.尝试进行电源电动势和内电阻测量误差的分析,了 解测量中减小误差的办法。 二、实验原理 实验电路如图 2101 所示,根据闭合 电路的欧姆定律,改变 R 的阻值,测出两 组 U、I 的值,根据闭合电路欧姆定律可列 出两个方程: E=U1+I1r 和 E=U2+I2r, 联立可解出 E、r 的值。 图2101 三、实验器材 待测电池一节,电流表(0~0.6 A)、电压表(0~3 V)各 一块,滑动变阻器一只,开关一只,导线若干。 四、实验步骤 1.确定电流表、电压表的量程,按图 2102 连接好电路,并将滑动变阻器的滑片移到使接入 电路的阻值为最大值的一端。 2.闭合开关 S,接通电路,将滑动变阻器 图2102 的滑片由一端向另一端移动,从电流表有明显读数开始,记录一 组电流表、电压表读数。 3.同样的方法,依次记录多组U、I值。 4.断开开关S,拆除电路。 5.以U为纵轴,I为横轴,将记录的电压、电流标在坐 标图上,过这些点作一条直线,根据纵轴截距求出电动势, 根据斜率大小求出内电阻。 五、数据处理 为减小测量误差,本实验常选用以下两种数据处理方法: 1.公式法 利用依次记录的多组数据(一般 6 组),分别记录如表所示: 实验序号 I/A U外/V 1 2 3 4 5 6 I1 U1 I2 U2 I3 U3 I4 U4 I5 U5 I6 U6 分别将1、4组,2、5组,3、6组联立方程组解出E1、r1, E2、r2,E3、r3,求出它们的平均值 E1+E2+E3 r1+r2+r3 E= , r= 作为测量结果。 3 3 2.图像法 把测出的多组 U、I 值,在 UI 图中描 点画图像,使 UI 图像的直线经过大多数坐 标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧, 如图 2103 所示,由 U=E-Ir 可知: (1)纵轴截距等于电源的电动势 E, E 横轴截距等于外电路短路时的电流 Im= r 。 (2)图线斜率的绝对值等于电源的内阻 ?ΔU? E ? ? r= Δ I = 。 ? ? Im 图2103 六、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 UI 图像时描点不 准确。 2.系统误差 由于电压表分流 IV,使电流表示数 I 小于电 池的输出电流 I 真。I 真=I+IV,而 IV= U ,U 越 RV 大,IV 越大,它们的关系可用图 2104 表示。实 测的图线为 AB,经过 IV 修正后的图线为 A′B, 可看出 AB 的斜率绝对值和在纵轴上的截距都小 于 A′B,即实测的 E 和 r 都小于真实值。 图2104 七、注意事项 1.为使电池的路端电压有明显变化, 应选取内阻较大的旧 干电池和内阻较大的电压表。 2.实验中不能将电流调得过大,且读数要快,读完后立即 切断电源,防止干电池大电流放电时内阻 r 的明显变化。 3.若干电池的路端电压变化不很明 显,作图像时,纵轴单位可取得小一 些,且纵轴起点可不从零开始。如图 2105所示,此时图线与纵轴交点仍为电 图284 图2105 池的电动势E,但图线与横轴交点不再是短路电流,内阻要在 ?ΔU? 直线上取较远的两点用r=? ΔI ?求出。 ? ? 4.为了提高测量的精确度,在实验中I、U的变化范围 要大一些,计算E、r时,U1和U2、I1和I2的差值要大一些。 八、它案设计 1.用电流表和电阻箱测 E、r(又叫安阻法) 如图 2106 所示,由 E=IR+Ir 可知, 如果能得到 I、R 的两组数据,也可以得到 关于 E 和 r 的两个方程,于是能够从中 图 2106 解出 E 和 r。这样,用电流表、电阻箱也可以测定电源的电动 势和内阻。 2.用电压表和电阻箱测 E、r(又叫伏阻法) U 如图 2107 所示,由 E=U+R · r 可知, 如果能得到 U、R 的两组数据,同样能通过解 方程组求出 E 和 r。这样,除了以上两个方法 外,还可以用电压表、电阻箱来测定电源的 电动势和内阻。 图 2107 [例 1] (2015· 天津高考)用电流表和电压表测定由三节干电池 串联组成的电池组(电动势约 4.5 V, 内电阻约 1 Ω)的电动势和内电 阻,除待测电池组、电键、导线外,还有下列器材供选用: A.电流表:量程 0.6 A,内电阻约 1 Ω B.电流表:量程 3 A,内电阻约 0.2 Ω C.电压表:量程 3 V,内电阻约 30 kΩ D.电压表:量程 6 V,内电阻约 60 kΩ E.滑动变阻器:0~1 000 Ω,额定电流 0.5 A F.滑动变阻器:0~20 Ω,额定电流 2 A (1)为了使测量结果尽量准确,电流表应选用________,电压表应 选用________,滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)。 (2)图2108为正确选择仪器后,连好的部分电路。为了使测量误 差尽可能小,还需在电路中用导线将__________和________相连、 ________和________相连、__________和________相连(均填仪器上接 线柱的字母代号)。 图2108 (3)实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余 仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连接电路,仍能 完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的 示数U。用图像法处理采集到的数据,为在直角坐标系中得 到的函数图像是一条直线,则可以________为纵坐标,以 ________为横坐标。 [解析] (1)为了使测量更准确,电流表选量程为 0.6 A 的电 流表 A,电池组的电动势约 4.5 V,故电压表选 D,为

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