2019-2020学年高中物理 第二章 12 第10节 实验：测定电池的电动势和内阻课件 新人教版选

第10节实验：测定电池的电动势和内阻第二章恒定电流一、实验目的1．进一步熟练电压表、电流表、滑动变阻器的使用．2．学会用伏安法测电池的电动势和内阻．3．学会利用图象处理实验数据．二、实验原理1．原理图如图所示．2．原理：通过改变滑动变阻器的阻值，用电压表和电流表测出每种状态(最少两种)下的U、I值，列出两个方程，即可求出电动势E和内阻r.即E＝U1＋I1rE＝U2＋I2r联立求解可得E＝I2U1－I1U2I2－I1r＝U1－U2I2－I1三、实验器材被测电池(干电池)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线等．四、实验步骤1．确定电流表、电压表的量程，按电路原理图把器材连接好，如图所示．2．把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大．3．闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几组I和U的值．4．断开开关，整理好器材．五、数据处理1．代数法：运用方程组E＝U1＋I1rE＝U2＋I2r求解E和r.为了减小实验的偶然误差，应该利用U、I值多求几组E和r的值，算出它们的平均值．2．图象法：对于E、r一定的电源，路端电压U与通过干路的电流I的U－I图象是一条直线，这条直线与纵轴U的交点表示电源的电动势E，与横轴I的交点表示短路电流，图线斜率的绝对值表示电源的内阻r.在读图时应注意图象的纵坐标是否是从零开始的，若从零开始，如图甲所示，则r＝EI0，若不是从零开始，如图乙所示，则r＝E－U1I1.六、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，作图象时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始．如图所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r＝ΔUΔI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．七、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U－I图象时描点不很准确．2．系统误差(1)电流表内接时电路如图甲所示：产生实验误差的原因是由于电压表的分流造成的，测量值与真实值的关系为：E测E真；r测r真．(2)电流表外接时电路如图乙所示：产生实验误差的原因是由于电流表的分压造成的，测量值与真实值的关系为：E测＝E真；r测r真．八、实验创新(测电源E、r的其他方案)主要方法原理电路图伏阻法(电压表、变阻箱)E＝U1＋U1R1rE＝U2＋U2R2r安阻法(电流表、变阻箱)E＝I1R1＋I1rE＝I2R2＋I2r实验原理和电路连接(2019·温州中学检测)在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，下面是实验过程中遇到的三个问题，请作答：(1)图甲是实验电路图，请在图乙中画线连接实物．(2)在图甲所示的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于________端(填“左”或“右”)．(3)图丙是根据实验数据作出的U－I图象，由图可知，电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.[解析](1)根据电路图可以连接实物图，如图所示，注意电表量程以及正负接线柱的接法；(2)开始时要让电路中电流最小，故滑动变阻器应接入最大电阻，故滑片应在最左侧；(3)由U＝E－Ir可知，图象与纵轴的交点为电源的电动势，故E＝1.5V，图象的斜率表示内阻，则内阻r＝1.5－10.5Ω＝1.0Ω.[答案](1)见解析图(2)左(3)1.51.0选择仪器时注意掌握的原则(1)安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流．(2)精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在不超量程的前提下，尽量选用小量程的，对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近．(3)方便性原则，此原则主要针对滑动变阻器来讲，在滑动变阻器控制电路时，电路的电压、电流的变化范围要尽可能大，以便获取多组测量值．数据处理和误差分析在用电压表和电流表测电池的电动势和内阻的实验中，所用电压表和电流表的内阻分别为1kΩ和0.1Ω，如图甲为实验原理图．(1)一位同学记录的6组数据见表，试根据这些数据在图乙中画出U－I图象，根据图象读出电池的电动势E＝________V，求出电池内阻r＝________Ω.I(A)0.120.200.310.320.500.570U(V)1.371.321.241.181.101.05(2)若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，用公式E＝U＋Ir列方程求E和r，这样做可能得出误差很大的结果，其中选用第________组和第________组的数据，求得E和r误差最大．[解析](1)根据U、I数据，在方格纸U－I坐标上找点描迹，如图所示，然后将直线延长，交U轴于U1＝1.46V，此即为电源电动势；交I轴于I＝0.65A，注意此时U2＝1.00V，由闭合电路欧姆定律得I＝E－U2r，则r＝E－U2I＝1.46－1.000.65Ω≈0.71Ω.(2)由图线可以看出第4组数据点偏离直线最远，若取第3组和第4组数据列方程组求E和r，相当于过图中第3组和第4组数据对应的点作一直线求E和r，而此直线与所画的直线偏离最大，所以选用第3组和第4组数据求得的E和r误差最大．[答案](1)U－I图象见解析1.460.71(2)34用图象法处理数据比较精确，若本题采用解方程求平均值的方法，就无法判断出第四组数据(0.32A，1.18V)误差太大，这样会导致测量值的误差增大，并特别注意纵轴的坐标原点不为零．