中學生物理實驗 5——測干電池電動勢和內(nèi)阻,油膜法估測分子大小

1、中 學 物 理 實 驗 報 告實驗名稱 基本儀器的使用 班級 姓名 學號 實驗日期 2013/4/23 同組人 實驗一、測干電池電動勢和內(nèi)阻1. 實驗目的1、 通過本次實驗熟悉測量干電池電動勢和內(nèi)阻的方法。2、 熟悉儀器使用，熟練儀器操作。3、 參與實驗過程，獲得實驗體會。4、 加深理解上述實驗的實驗原理，并且能夠在實驗中掌握住實驗要領，最終測得干電池的電動勢與內(nèi)阻大小。5、 根據(jù)本次實驗探討相關(guān)的教學方法，并加以概括。二、實驗器材（1）干電池干電池（Dry cell）是一種以糊狀電解液來產(chǎn)生直流電的化學電池（濕電池則為使用液態(tài)電解液的化學電池），大致上分為一次電池及二次電池兩種，是日常生活之

2、中為普遍使用，以及輕便的電池。它們可以使用于很多電器用品上。常見的干電池為鋅錳電池。一般認為干電池的電動勢為1.5V。不過實驗中需要我們對其數(shù)值進行精確測量。 （2） 開關(guān) 本實驗所使用的開關(guān)為單刀雙擲型，但聯(lián)通電路只有一路，所以只需利用其中的兩個端口。 事實上，開關(guān)還有許多類型，最簡單的開關(guān)有二片名叫“接點”的金屬，二接點接觸時使電流形成回路，二接點不接觸時電流開路。另外較復雜的開關(guān)還有光電開關(guān)、電磁繼電器所制成的延時開關(guān)、行程開關(guān)等，其具體內(nèi)容在此不做展開。 （3） 滑動變阻器滑動變阻器是電路中的一個重要元件，它可以通過移動滑片的位置來改變自身的電阻，從而起到控制電路的作用。在電路分析中，

3、滑動變阻器既可以作為一個定值電阻，也可以作為一個變值電阻?；瑒幼冏杵鞯臉?gòu)成一般包括接線柱 、滑片、電阻絲、金屬桿和瓷筒等五部分。 滑動變阻器在電路中可以作限流器用，也可以作分壓器用。在確保安全的條件下，如何選用這兩種不同的形式，是由電路中的需要來決定的。實驗需注意：剛剛接入電路時，滑動變阻器是打在電阻最大的位置。（4） 電阻箱 電阻箱是一種可以調(diào)節(jié)電阻大小并且能夠顯示出電阻阻值的變阻器。 它與滑動變阻器比較，滑動變阻器不能表示出連入電路的電阻值，但它可以連續(xù)改變接入電路中的電阻。電阻箱能表示出連入電路中的阻值大小，但阻值變化是不連續(xù)的，但沒有滑動變阻器值變化準。 （5） 測量電表以下的圖示分別

4、為實驗中使用到的電流表與電壓表。電壓表是測量電壓的一種儀器，常用電壓表伏特表符號：V，大部分電壓表都分為兩個量程。電壓表有三個接線柱，一個負接線柱，兩個正接線柱，電壓表的正極與電路的正極連接，負極與電路的負極連接。它是個相當大的電阻器，理想的認為是斷路。電流表是測量電路電流的儀器，電流表的常用單位有：A與mA兩種，大部分電流表都有三種量程。電流表有四個接線柱，一個負接線柱，三個正接線柱，電壓表的正極與電路的正極連接，負極與電路的負極連接。理想狀況下可認為它是短路。實驗需注意：應該關(guān)注指針偏轉(zhuǎn)小的，前提是指針偏轉(zhuǎn)大的沒有超過量程。 3. 實驗原理閉合電路歐姆定律所謂閉合電路，是包含電源，用電器和

5、導線等的完整電路（含源電路）。而外電路是指電源外部的電路，電流從高電勢流向低電勢，電場力對電荷做正功，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。內(nèi)電路則為電源內(nèi)部的電路。我們定義外電阻為R，外電壓為（端電壓）U外；內(nèi)電阻為r，內(nèi)電壓為U內(nèi)。電流從電源負極經(jīng)內(nèi)部流向電源正極，非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，電流流過內(nèi)電阻產(chǎn)生焦耳熱。閉合電路歐姆定律的表達式為： E=U內(nèi)+U外 I=E/(R+r)4、 實驗方法分析（1） 電流表內(nèi)接如圖，相對電源來說是電流表內(nèi)接。 根據(jù)閉合電路歐姆定律，其測量的原理方程為: E=U+Ir其中U、I還是電壓表和電流表的示數(shù)，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，同樣可以得到多組數(shù)據(jù)，每兩組數(shù)據(jù)就

6、可以求出電動勢和內(nèi)阻。設某兩組U、I的值的大小關(guān)系為：U1>U2，I1<I2。 E=U1+I1r E=U2+I2r 解得：E= r= 由于電流表的分壓，電壓表的示數(shù)U不是電源的路端電壓U0，有U<U0，設電流表的內(nèi)阻為RA，用E0表示電動勢的真實值，r0表示內(nèi)阻的真實值，則方程應修正為： E0=U1+I1(r0+RA) E0=U2+I1(r0+RA) 解得: E0=E r0=-RA< r 可見電動勢的測量值等于真實值，而內(nèi)阻的測量值大于真實值。（2） 電流表外接如圖，相對電源來說是電流表外接。 根據(jù)閉合電路歐姆定律，其測量的原理方程為: E=U+Ir其中U、I還是電壓表

7、和電流表的示數(shù)，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，同樣可以得到多組數(shù)據(jù)，每兩組數(shù)據(jù)就可以求出電動勢和內(nèi)阻。設某兩組U、I的值的大小關(guān)系為：U1>U2，I1<I2。 E=U1+I1r E=U2+I2r解得： E = r =由于電壓表的分流作用，電流表的示數(shù)I不是流過電源的電流I0，有I<I0，那么測得的電動勢E和內(nèi)阻r與真實值比較是偏大還是偏小呢？設電壓表的內(nèi)阻為RV，用E0表示電動勢的真實值，r0表示內(nèi)阻的真實值，則方程應修正為： 解得： 可見電動勢和內(nèi)阻的測量值都小于真實值。（3） 伏阻法 用電壓表和電阻箱測電源電動勢和內(nèi)阻的方法。調(diào)節(jié)R，測出兩組U、R的值，就能算出電動勢和內(nèi)阻，其測量

8、的原理方程為： E=U+r 其中U是電壓表示數(shù)，R是電阻箱示數(shù)。這種方法誤差產(chǎn)生的原因還是由于電壓表的分流，U/R的值并不是流過電源的電流，而只是流過R的電流。所以最終測得的電動勢和內(nèi)阻的測量值也都小于真實值。 （4） 安阻法 用電流表和電阻箱測電源電動勢和內(nèi)阻的方法。調(diào)節(jié)R，測出兩組I、R的值，就能算出電動勢和內(nèi)阻，其測量的原理方程為： E=I(R+r)其中I是電流表示數(shù)，R是電阻箱示數(shù)。這種方法誤差產(chǎn)生的原因是由于電流表的分壓，U的值并不是電源的路端電壓，而只是R兩端的電壓。所以最終測得的電動勢的測量值等于真實值，而內(nèi)阻的測量值大于真實值。這種方法得到的內(nèi)阻的測量值r=r0+R，實驗相對誤

9、差很大。5、 實驗數(shù)據(jù)及處理1、 電流表內(nèi)接測干電池的電動勢與內(nèi)阻 E=U+Ir測量次數(shù)U(v)I(A)E(v)R()10.700.521.4971.5001.5321.60921.420.0531.050.28計算可得E=1.4985v，r=1.57552、 電流表外接測干電池的電動勢與內(nèi)阻測量次數(shù)U(v)I(A)E(v)R(）10.690.571.5061.5091.4321.47621.420.0630.800.48 E=U+Ir計算可得E=1.5075v，r=1.4543、伏阻法測干電池的電動勢與內(nèi)阻 E=U+r測量次數(shù)U（v）R（）1/U1/R10.7211.3888121.0630

10、.940.33331.1950.840.241.2570.80.14351.2890.781250.111由圖可知E=1.585v，r=0.9154、安阻法測干電池的電動勢與內(nèi)阻 E=IR+Ir測量次數(shù)I(A)R()1/I10.4111/0.4120.3131/0.3130.2051/0.2040.1571/0.1550.1291/0.12由圖可知，E=1.57v，r=1.75 實驗二、油膜法估測分子大小一、實驗目的1. 通過本次實驗熟悉油膜實驗器的使用方法，熟練儀器的操作步驟要領。2. 參與實驗操作過程，領會物理實驗的設計思想，獲得實驗體驗。3. 學會與他人合作實驗，提高群體意識與合作能力。

11、4. 根據(jù)本次實驗探討相關(guān)的教學方法，并加以概括。5. 得出油膜分子的大致數(shù)量級。2、 實驗器材（1） 油酸：用無水酒精稀釋成1000:1的油酸溶液一瓶 油酸分子（C17H33COOH）由兩部分組成：一部分是COOH，對水有很強的親和力；另一部分是C17H33，對水沒有親和力。因此，油酸分子能直立在水面上，使得C17H33冒出水面，而COOH留在水中，從而在水面上散開并形成單分子層油膜。 思考：為什么要配制一定濃度的油酸溶液? 現(xiàn)在已經(jīng)知道分子的直徑大約是10-10m,而一滴油酸的體積(注射器5號針頭下的)大約有4*10-3cm3(每0.4cm3的油酸大約有100滴),如果這滴油酸鋪成單分子膜

12、,膜的面積是4平方米。實驗室沒有這么大的盆,做起實驗來很不方便,因此要稀釋。（2） 淺盤 因盛水盤盤底有刻度，盤中間為大格，每格1cm2,小格為0.25每格，數(shù)出散開刻度盤的面積，即為油膜的面積。淺盤盛水之后，水面的面積應在500cm2以上，如30cm×40cm的矩形盤，本實驗中使用的是圓形盤，同樣需要達到一定的水深。 （3） 痱子粉與注射器痱子粉在實驗中的作用是界定油膜大小的邊界，痱子粉過厚，易刺破油膜；痱子粉過少，油膜邊界不清楚。要撒出一層在整個水面上均勻并且很薄的痱子粉，需要不斷訓練和提高。 注射器在實驗中的作用是測量計算一滴溶液中所含的油酸體積，但是注射器的使用與使用者用力的

13、均勻與否有關(guān)，因此也需要反復練習 3、 實驗原理 油酸的分子式為（C17H33COOH），而油酸在水的表面能形成-COOH向下-C17H33向上且呈單分子排列的現(xiàn)象，因此油膜的厚度即是油酸分子的直徑，算出一滴油酸溶液所含油酸的體積和油膜在水中所占的面積就能算出油膜的厚度。即：=L（厚度）=油酸分子的直徑4、 實驗步驟（1） 用注射器確定一滴溶液中油酸的體積。（2） 在洗凈的淺盤中注入清水，水深至1到2厘米，水面與蓋板距離在1 厘米以下，并靜置。 （3）將痱子粉均勻地散在水面上，注意不要觸動淺盤。（4）用注射器在淺盤中央水面上方約1厘米高處滴一滴油酸酒精溶液，等 油膜展開最大面積并穩(wěn)定后，再利用

14、點方格的方法估算油膜的面積。 （5）重復以上步驟 。（6）計算分子的大小，并做誤差分析。 5、 實驗數(shù)據(jù)及處理 1、數(shù)滴數(shù)； 用手指輕輕按壓注射器柄,使溶液從針頭慢慢滴出,測出0.5mL溶液的滴數(shù),我們實測得三次的平均值值為97滴。2、 算體積； 1滴溶液中純油酸的體積為5.208*10-6ml。3、 算面積；以坐標紙上邊長為1cm的小正方形為單位,計算輪廓內(nèi)小正方形的個數(shù),不足半個的舍去,多于半個的算一個，所形成的油膜面積S=1.25*10-4m2。據(jù)公式L=V/S就可算出油酸分子的大小為4.17*10-8。思考：油酸溶液滴入水中后,發(fā)現(xiàn)油膜的面積開始比較大,緊接著迅速變小,然后穩(wěn)定下來,這

15、是為什么？ 油酸溶液中含有大量的酒精,油酸溶液滴入水中后,開始在水面形成的液膜的面積比單純的油膜面積要大,隨著酒精在水中的溶解和在空氣中的蒸發(fā),最后顯示的油膜面積會縮小.這也可用實驗來驗證,換用體積比相差很大的不同的油酸溶液重復實驗,可以發(fā)現(xiàn)油膜的這種收縮現(xiàn)象有明顯的差別,當降低油酸溶液的濃度后,這種收縮現(xiàn)象會加強;增大油酸溶液的濃度后,這種收縮現(xiàn)象會減弱，如果用純油酸,很難觀察到這種收縮現(xiàn)象。6、 誤差分析(1) 油膜法采用了建立理想化模型的方法.(2) 水盤中水的深度的控制.(3) 痱子粉撒在液面的厚薄和均勻程度.(4) 一滴酒精油酸溶液的體積的測量.(5) 滴一滴酒精油酸溶液的力度把握.(6) 油膜面積的測量.因為計算正方形的個數(shù)是采取四舍五入的方法,即油膜輪廓 內(nèi)正方形的個數(shù),不足半個的舍去,多于半個的算一個.兩個實驗總結(jié)本次實驗，老師告訴我們要做的實驗內(nèi)容，然后讓我們自己設計實驗方案，不僅提高了我們的思考能力也鍛煉了我們的團隊合作能力。在沒有老師的講解下，剛開始思維有點亂，不記得