實驗：測定電池的電動勢和內(nèi)阻課件人教選修

10實驗：測定電池的電動勢和內(nèi)阻一、實驗目的(1)知道測電源電動勢和內(nèi)電阻的設計原理和方法，會使用常見的基本儀器。(2)通過對實驗數(shù)據(jù)的收集處理，學會用“代數(shù)法”和“圖像法”分析處理實驗數(shù)據(jù)。(3)培養(yǎng)用數(shù)學方法處理物理問題、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的能力。二、實驗原理實驗的原理是閉合電路歐姆定律，其方法有：(1)公式法：如圖甲所示,改變滑動變阻器的阻值,測出兩組I、U的數(shù)據(jù)，從電流表、電壓表中讀出幾組I和U值,由U=E-Ir可得E=U1+I1r,E=U2+I2r,解得多求幾組E和r的值，算出它們的平均值。(2)圖像法：為減小實驗誤差,至少測出六組U和I值,且變化范圍要大些,然后在U-I圖像中描點作圖,由圖線縱截距和斜率求出E、如圖乙。三、實驗器材待測電池一節(jié),電流表(0～0.6A)、電壓表(0～3V)各一個,滑動變阻器一個,開關一個,導線若干。四、實驗過程1.實驗步驟(1)接電路：確定電流表、電壓表的量程，按圖甲連接好電路，并將滑動變阻器的滑片移到使接入電路的阻值為最大值的一端。(2)記錄數(shù)據(jù)：閉合開關S，接通電路，將滑動變阻器的滑動觸頭由一端向另一端移動，從電流表有明顯讀數(shù)開始，記錄一組電流表、電壓表讀數(shù)。(3)用同樣的方法，依次記錄多組U、I值。(4)斷開開關S，拆除電路。(5)作圖像求值：以U為縱軸,I為橫軸,將記錄的電壓、電流標在坐標圖上,過這些點作一條直線,根據(jù)縱軸截距求出電動勢，根據(jù)斜率大小求出內(nèi)電阻。2.數(shù)據(jù)處理為減小測量誤差,本實驗常選用以下兩種數(shù)據(jù)處理方法:(1)公式法利用依次記錄的多組數(shù)據(jù)(一般6組)，分別記錄如表所示。分別將1、4組，2、5組，3、6組聯(lián)立方程組分別解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它們的平均值作為測量結果。(2)圖像法以縱軸表示路端電壓，橫軸表示總電流，建立直角坐標系，將所測多組相應的U、I值進行描點，然后用平滑的曲線將各點連接起來。由U=E-Ir知，U-I圖像是一條斜向下的直線，如圖所示，直線與縱軸的交點表示電源電動勢E，與橫軸的交點表示短路電流I0，圖線的斜率的絕對值表示電源的內(nèi)電阻，即【知識點撥】實驗的注意事項(1)實驗前必須把變阻器的滑片置于阻值最大的位置，以防出現(xiàn)燒壞電流表的事故。(2)為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻應大些。(3)實驗中U取值不能太小，一般不得小于1V，測得的U、I值不少于6組，且變化范圍要大一些，解方程組求解E、r值時，取1、4組，2、5組，3、6組求解后，求平均值。(4)畫U-I圖像時，要盡量使多數(shù)點落在直線上，不在直線上的點均勻分布在直線兩側。(5)作U-I圖像時，如果出現(xiàn)某組數(shù)據(jù)對應的點偏離直線較遠，就表明這組數(shù)據(jù)的偶然誤差較大，可將該點舍去。(6)縱坐標可不從零開始，直線的斜率等于電源內(nèi)阻，計算內(nèi)阻時，要在直線上取兩個較遠點用求出(橫坐標必須從零開始)?！局R點撥】實驗的誤差分析(1)偶然誤差①由于讀數(shù)不準和電表線性不良引起誤差。②用圖像法求E和r時，由于作圖不準確造成的誤差。③測量過程中通電時間過長或電流過大，都會引起E、r變化。(2)系統(tǒng)誤差測電池的電動勢和內(nèi)電阻經(jīng)常用實驗原理中圖甲所示的電路，由于電路中電壓表的分流作用，電流表顯示的數(shù)值就不等于流過電源的電流了(還應加上流過電壓表的電流才等于流過電源的電流，其中RV為電壓表的內(nèi)阻)，由此造成了實驗結果的誤差。1.在實驗中為什么要選用舊電池?提示：舊電池內(nèi)阻較大，在實驗時,電流變化時路端電壓變化明顯，測量時相對誤差較小。2.為什么在實驗中電流不宜過大,且通電時間不宜過長?提示：電池在大電流放電時極化現(xiàn)象較嚴重,電動勢E會明顯下降,內(nèi)阻r會明顯增大,故長時間放電電流不宜超過0.3A,短時間放電電流不宜超過0.5A。因此實驗中不宜將I調(diào)得過大,讀電表的示數(shù)要快,每次讀完后應立即斷電。3.在畫U-I圖像時，由于電源內(nèi)阻很小，為了充分利用圖像空間，電壓軸數(shù)據(jù)常從某一不為零的數(shù)U0開始，這時圖像與縱軸的截距是否還表示電動勢？斜率的絕對值是否還表示電源的內(nèi)阻？與I軸上的截距是否還表示短路電流？提示：由閉合電路歐姆定律U=E-Ir得，不論電壓軸是否從零開始，只要電流軸從零開始，圖像與縱軸的截距就表示電動勢，斜率的絕對值就表示電源的內(nèi)阻。但電壓軸不從零開始時，圖線與I軸上的截距不表示短路電流。對實驗原理的理解【典例1】(2012·重慶高考)某中學生課外科技活動小組利用銅片、鋅片和家鄉(xiāng)盛產(chǎn)的柑橘制作了果汁電池，他們測量這種電池的電動勢E和內(nèi)阻r，并探究電極間距對E和r的影響。實驗器材如圖甲所示。(1用)測量E和r的實萍驗方騰案：反調(diào)節(jié)顫滑動圾變阻銹器，氏改變蒙電源鵲兩端鼻的電礙壓U和流紗過電滋源的秤電流I，依悟據(jù)公偶式__規(guī)__碑__稻__，利瞇用測葬量數(shù)眠據(jù)作汪出U-蠢I圖像鬧，得宵出E和r。(2偽)將電哀壓表戀視為香理想具電表稼，要暑求避踏免電面流表勻分壓寨作用枝對測范量結僅果的斯影響誘，請昨在圖娘甲中掏用筆葬畫線攝代替絹導線雕連接抱電路逼。(3睜)實驗菊中依總次減切小銅揪片與支鋅片丟的間幣距，斤分別池得到扔相應債果汁宿電池睛的U-曾I圖像書如圖厚乙中(a輝)、(b程)、(c倉)、(d嘉)所示奴，由筐此可聚知：在該辮實驗荷中，覆隨電優(yōu)極間炒距的絮減小相，電醒源電憂動勢__田__鉗__茂__捉(選填側“增青大”趟“減睬小”流或“愉不變航”)，電狀源內(nèi)地阻__乘__從__咽__笑(選填舍“增烈大”撓“減罷小”迅或“獵不變露”)。圖線(c掏)對應粘的電批源電抖動勢E=厲__再__牙__診__頓V，內(nèi)濤阻r=殊__渣__授__摘__畢Ω，當周外電柏路總塔電阻貪為2黃50桑0橡Ω時，慣該電買源的拐輸出礙功率P=誘__弟__金__謠__鋸mW。(均保第留三宇位有軟效數(shù)辛字)【思路罩點撥】解答始本題糖需要阻把握威以下膨幾點閥：(1圓)伏安腳法測吊量電吊源電扒動勢搏和內(nèi)貫電阻統(tǒng)的原幸理。(2辛)電源宣的U-碎I圖像谷斜率喜、縱寄軸截伴距的列物理考意義既?！窘馕觥?1裝)根據(jù)續(xù)閉合寒電路核的歐紋姆定云律可奴知，機電源儀路端擴電壓U、電倚源電姻動勢E、電耀流以悟及內(nèi)牽電阻r這幾蒸個物腎理量闖之間朝的關顯系是U=攏E-傻Ir。(2更)為了慕避免貪電流側表的豎分壓泥作用喊，電蠅流表冊應該召外接有，也樹就是廁說，闊電壓調(diào)表要膊并聯(lián)磚在電調(diào)源兩鴨端。(3藝)U浴-I圖像橫縱軸暑截距拐表示館電源押電動踢勢，邪從圖早像上附看，瓣縱軸考截距沒勁有變叫化，耐因此逗電源祝的電飾動勢補不變廉。(a狀)、(b啄)、(c殖)、(d略)的斜率體的絕染對值筑依次末增大婦，所攔以電捧源內(nèi)代電阻臉增大沈。對巾于圖斜線(c押)，因持為U=懇E-Ir，縱魂軸截慌距為0.邪97網(wǎng)5梅V，在(c初)上取劣兩點隊，斜率|k桐|=所以堵電源閣電動劈燕勢為0.識97凝5朗V，內(nèi)稻電阻熊為47撤8沃Ω，外逐電阻R=州2部50谷0粗Ω時，麥電路森電流電源陰輸出虎功率P=脹I2R=法0.妄32勢72×2慘5介00mW=0涼.2憲68mW答案白：(1站)U割=E龍-I孫r的(2筍)如圖驅所示(3范)不變軋增顧大0.茫97糠5碧47驗8混0誓.2碑68實驗因數(shù)據(jù)趟的處月理【典例2】仗(2蒼01匙2·成都礙高二謙檢測)滑動灘變阻器R按圖友示的裙方式悔連接方在電糠路中啊，開進關S閉合睡后，爺實驗攀中記蘇錄的6組電錯流表模的示數(shù)I、電綿壓表姐的示瓜數(shù)U，如績表所執(zhí)示。(1炸)試根見據(jù)這椒些數(shù)進據(jù)在坡坐標沫紙上挑畫出U-贏I圖線確。(2籃)從圖猾像上止求出賠電源聾的電略動勢E＝__德__炭__員__孕V，內(nèi)記電阻r＝__獨__學__馳__檔Ω。(保留中兩位欺有效折數(shù)字)(3細)由于丟所用冊電壓搜表不筋是理抹想電朵壓表盜，所雜以測銷得的煉電動燈勢比度實際仁值偏__抗__錢__院__驗(選填科“大熱”或柔“小坦”)?！舅悸穮屈c撥】解答碌本題索應注蘆意以謝下三些點：(1啦)選擇掀合適宴的標玻度，叛會在U-尺I圖像屑中較爬為準堂確地尚描點恰、連攪線。(2恐)根據(jù)灰截距協(xié)、斜航率的潛知識珠，通刷過圖愚像求努電源蝴的電只動勢瞧和內(nèi)鹽電阻揭。(3混)根據(jù)叨電壓勺表的竹分流喬作用誤分析營測量翼值與螺實際掉值的架大小抄關系椒。【解析】(1投)根據(jù)效表中飽的數(shù)脅據(jù)，掏選擇詠合適撈的標剛度，攝作出U-筍I圖像燦如圖荒所示銜。(2評)由圖蟻可知錦，圖爆線與蝦縱軸晴的截扎距表掠示電胸動勢E=重2.編6隔V，圖柜線的涼斜率餐的絕愉對值桑表示苦內(nèi)阻(3架)由于稻電壓條表有騎分流齡作用預，故抵電流那表測籮得的緣瑞電流為小于琴通過著電源醒的電核流，攻由閉叔合電反路歐博姆定駝律可社知，凍測得析的電廣動勢誕比實字際值舊偏小遞。答案蒸：(1籍)見解襪析圖(2欠)2祖.6篩1尼.0殺(0諷.9激0～1.放1之間胸均對)(3指)小測電倡池的賄電動暫勢和竄內(nèi)電阻謹?shù)钠渲λ娇莘ā镜淅?】某同屋學利漫用電菊壓表墨和電調(diào)阻箱表測定擦干電絨池的委電動阿勢和忠內(nèi)阻滅，使叫用的易器材購還包歉括定刻值電僵阻(R0=5冷Ω傅)一個精，開燙關兩鵝個，歪導線番若干段，實山驗原逢理圖涌如圖跪甲。(1臭)在圖鍛乙的印實物孤圖中梁，已狡正確杏連接慢了部籌分電粒路，場請完愁成余巡壽下電遷路的句連接傷。(2墓)請完晨成下高列主厘要實儉驗步嫁驟:A.檢查寶并調(diào)贏節(jié)電誰壓表純指針缺指零指；調(diào)役節(jié)電捐阻箱刑，示閣數(shù)如耽圖丙張所示雜，讀盼得電陸阻值夠是__重__基__榨__正_;B.將開仰關S1閉合伸，開拴關S2斷開片，電鍵壓表鵝的示趕數(shù)是1.博49廚V；C.將開某關S2_吊__旦__范__鄉(xiāng)豐_,電壓斗表的婚示數(shù)頃是1.欲16罰V；斷蒙開開難關S1。(3歉)使用欣測得建的數(shù)叫據(jù)，阻計算倚出干奴電池飼的內(nèi)悔阻是__合__貪__瓦__祝(計算奏結果橋保留片兩位揭有效仿數(shù)字)。(4凝)由于播所用蠟電壓噴表不帳是理氧想電很壓表歐，所碎以測廊得的越電動污勢比蠟實際師值偏__刪__召__恩__核(選填岡“大兩”或逢“小記”)?！窘馕觥?1少)電路摩圖如涂圖所羅示：(2