实验测定电池的电动势和内阻课件.pptx
这是一个测量电源电动势和内阻的装置。这是一个测量电源电动势和内阻的装置。第1页/共38页第二章第二章 恒定电流恒定电流第九节 实验：测定电池的 电动势和内阻第2页/共38页 学会用学会用U-I图线处理数据的方法。图线处理数据的方法。掌握用电压表和电流表测定电源电动势和掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法。内阻的方法。1.知识与能力知识与能力 知道测量电源电动势和内阻的实验原理，知道测量电源电动势和内阻的实验原理，进一步感受电源路端电压随电流变化的关系。进一步感受电源路端电压随电流变化的关系。教学目标教学目标第3页/共38页 经历实验过程，掌握实验方法，学会根据经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图象合理外推进数据处理得方法。图象合理外推进数据处理得方法。2.过程与方法过程与方法3.情感态度与价值观情感态度与价值观 培养学生探究实验的热情，并引领提高其培养学生探究实验的热情，并引领提高其理论与实践相结合的能力。理论与实践相结合的能力。提高学生观察并独立思考的能力，让其在提高学生观察并独立思考的能力，让其在今后生活中都受益匪浅。今后生活中都受益匪浅。第4页/共38页教学重难点教学重难点重点：重点：测量电源电动势和内阻的原理。测量电源电动势和内阻的原理。用用U-I图线处理数据的方法图线处理数据的方法测量电源电动势和内阻的方法。测量电源电动势和内阻的方法。难点：难点：用用U-I图线处理数据的方法图线处理数据的方法第5页/共38页知识导航知识导航1.实验原理实验原理2.实验方法实验方法3.数据处理数据处理第6页/共38页1.实验原理实验原理 有多种方法可以测量电池的电动势和内阻，在有多种方法可以测量电池的电动势和内阻，在这里我们介绍三种，方法如下。这里我们介绍三种，方法如下。测出两组测出两组U、I的值，就的值，就能算出电动势和内阻。能算出电动势和内阻。1、根据、根据E=U外外+Ir 如右图中，电源电如右图中，电源电动势动势E、内电阻、内电阻r，与，与路端电压路端电压U外外、电流、电流I的的关系式就是关系式就是E=U外外+IrAVA第7页/共38页 如果能测出如果能测出U、I的两组数据，就可以列出的两组数据，就可以列出两个关于两个关于E、r的方程，于是能够从中解出的方程，于是能够从中解出E和和r。因此，用电压表、电流表加上一个可以改变的因此，用电压表、电流表加上一个可以改变的电阻，就能测定电源的电动势电阻，就能测定电源的电动势E和内阻和内阻r。2、根据、根据E=IR+IrA测出两组测出两组I、R的值，就的值，就能算出电动势和内阻。能算出电动势和内阻。第8页/共38页 如果能得到如果能得到I、R的两组数据，也可以得到的两组数据，也可以得到关于关于E和和r的两个方程，于是能够从中解出的两个方程，于是能够从中解出E和和r。这样，用电流表、电阻箱也可以测定电源的电这样，用电流表、电阻箱也可以测定电源的电动势和内阻。动势和内阻。3 3、根据、根据VRSE r测出两组测出两组U、R的值，就的值，就能算出电动势和内阻。能算出电动势和内阻。第9页/共38页 如果能得到如果能得到U、R的两组数据，同样能通的两组数据，同样能通过解方程组求出过解方程组求出E和和r。这样，除了以上两个方。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法外，还可以用电压表、电阻箱来测定电源的电动势和内阻。电动势和内阻。下面我们根据第一种方法进行一次推论：下面我们根据第一种方法进行一次推论：1.根据闭合电路欧姆定律 E=U外+Ir，则 路端电压 U外=E-Ir.2.改变负载电阻，可得到不同的路端电压.第10页/共38页E，r不变不变负载负载R增大增大电流电流I减小减小U内内减小减小U外外增大增大3.在电路中接入的负载电阻分别是R1、R2时，对应的 在电路中产生的电流为I1、I2，路端电压为U1、U2，则代入，可获得一组方程：第11页/共38页 其他两种也可以根据上述方法推导，在这其他两种也可以根据上述方法推导，在这里我们就不一一介绍了。请同学们课下一定要里我们就不一一介绍了。请同学们课下一定要自己推导一遍。自己推导一遍。从而计算出：第12页/共38页 把较粗的铜丝和铁丝相隔约几毫米插入马把较粗的铜丝和铁丝相隔约几毫米插入马铃薯或苹果中，就制成了一个水果电池（铜丝铃薯或苹果中，就制成了一个水果电池（铜丝和铁丝相距越近、插入越深，电池的内阻就越和铁丝相距越近、插入越深，电池的内阻就越小），铜丝是电池的正极，铁丝是负极。我们小），铜丝是电池的正极，铁丝是负极。我们来测水果电池的电动势和内阻。现在以来测水果电池的电动势和内阻。现在以“实验实验原理原理”中的第一个思路为例，说明实验的方法。中的第一个思路为例，说明实验的方法。这个方法的特点是简单明了，而且便于通过作这个方法的特点是简单明了，而且便于通过作图处理数据，缺点是要同时使用两个电表来测图处理数据，缺点是要同时使用两个电表来测量电流和电压。量电流和电压。2.实验方法实验方法第13页/共38页 如下图所示，把可变电阻如下图所示，把可变电阻R设在某一较大阻值，设在某一较大阻值，闭合开关后用直流电压挡测出电阻两端的电流。闭合开关后用直流电压挡测出电阻两端的电流。把电压值和电流值记录在预先绘制的表格中。把电压值和电流值记录在预先绘制的表格中。减小电阻，通过它的减小电阻，通过它的电流随之增大。这样又获电流随之增大。这样又获得电压和电流的另一组数得电压和电流的另一组数据。与此类似，可以得到据。与此类似，可以得到多组电压、电流值，然后多组电压、电流值，然后用以下方法处理数据，求用以下方法处理数据，求得电源电动势得电源电动势E和内阻和内阻r。AV第14页/共38页 如果认为水果电池不太稳定，也可改为测如果认为水果电池不太稳定，也可改为测量干电池的电动势和内阻。接下来让我们做一量干电池的电动势和内阻。接下来让我们做一下测量干电池的电动势和内阻的实验。下测量干电池的电动势和内阻的实验。用水果电池做这个实验的用水果电池做这个实验的优点是它的内阻优点是它的内阻比较大，容易测量比较大，容易测量。但任何电池在使用过程中，。但任何电池在使用过程中，由于化学反应正极附近都会析出气体，在一定由于化学反应正极附近都会析出气体，在一定程度上使电极与电解质溶液（水果电池中就是程度上使电极与电解质溶液（水果电池中就是果汁）隔离，明显地改变了内阻，水果电池尤果汁）隔离，明显地改变了内阻，水果电池尤其是这样。所以测量前要做好充分的准备，测其是这样。所以测量前要做好充分的准备，测量尽量迅速，使得内阻发生较大变化之前结束量尽量迅速，使得内阻发生较大变化之前结束测量。测量。第15页/共38页实验实验原理 上面我们已经具体介绍，在这里就不多说上面我们已经具体介绍，在这里就不多说了。了。实验器具伏特表、安培表、伏特表、安培表、滑动变阻器、电键、导线、滑动变阻器、电键、导线、被测电池被测电池第16页/共38页实验步骤 (1)连接电路，开始开关应处于断开状态,滑动变阻器阻值调到最大.(3)闭合电键，调节滑动变阻器滑片的位置，读出电流I、电压U的值,重复 5 次 ,列表记录.AVKE,r(2)检查:电表的指针是否指零 量程选择合适,(4)整理好器材，利用公式或U-I图象处理记录的数据，求出电源的E和r.第17页/共38页注意事项(1)电池的选择:为使实验中U随I的变化明显，应选用内阻较大的电池，可以用旧些的干电池，但过旧的电池虽然内阻大，但电动势不稳定，也不宜使用。(2)防止电池极化:电路中的电流较大时电池极化现象比较严重，会导致电动势明显下降和内阻明显增大.因此通电时间越短越好，读完数据立即切断电源，要特别注意测量时绝不允许负载短路。第18页/共38页(3)作U-I图象时的注意点：用作图法时，滑动变阻器阻值应在几欧至几十欧的较大范围内变化，使各组数据差别大些，实验数据要多取几组，由于读数等偶然误差的存在，描出的点不完全在同一直线上。第19页/共38页 用两组用两组I和和U的数据，的数据，代入代入E=U+Ir中，解方程中，解方程组可以算出电池的电动势组可以算出电池的电动势E和内阻和内阻r。这样做虽然。这样做虽然简单，误差却可能很大。简单，误差却可能很大。为了减小误差，可以多测几组为了减小误差，可以多测几组I和和U的数据，的数据，分别列出若干组联立方程，求出若干组分别列出若干组联立方程，求出若干组E和和r，最，最后以后以E的平均值和的平均值和r的平均值作为实验结果。这个的平均值作为实验结果。这个方法的误差只比两组方法的误差只比两组I、U的数据求得的结果的误的数据求得的结果的误差要小。差要小。这里介绍另一种方法，它也能减小结果的误这里介绍另一种方法，它也能减小结果的误差，而且更简便、更直观。差，而且更简便、更直观。3.数据处理数据处理第20页/共38页 把把E=U+Ir改写成改写成U=-rI+E，其中，其中r、E分别分别是电池的内阻和电动势，对于一个电池来说是是电池的内阻和电动势，对于一个电池来说是常量；而对不同的几次测量来说常量；而对不同的几次测量来说，U、I各不相各不相同，是变量。所以此式可以看做一个一次函数同，是变量。所以此式可以看做一个一次函数的表达式，它的的表达式，它的U-I图象是一条直线。图象是一条直线。以以I为横坐标、为横坐标、U为纵坐标建立直角坐标系为纵坐标建立直角坐标系，根据几组，根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点。的测量数据在坐标系中描点。此时可以看到这些点大致呈直线分布。如果发此时可以看到这些点大致呈直线分布。如果发现个别明显错误的数据，应该把它剔除。用直现个别明显错误的数据，应该把它剔除。用直尺画一条直线，使尽量多的点落在这条直线上，尺画一条直线，使尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的点能大致均衡地分布在直线两侧，不在直线上的点能大致均衡地分布在直线两侧，这条直线就能较好地代表这条直线就能较好地代表U-I关系。关系。第21页/共38页IU 这条直线与这条直线与U坐标轴的交点表示坐标轴的交点表示I=0，属于断，属于断路的情况，这时的电压路的情况，这时的电压U等于电源的电动势。这条等于电源的电动势。这条直线与直线与I纵坐标的交点表示纵坐标的交点表示U=0，属于短路的情况，属于短路的情况，根据短路电流根据短路电流I短短跟电源内阻跟电源内阻r、电动势、电动势E的关系的关系 ，可以求出电源的，可以求出电源的内阻内阻r。第22页/共38页课堂小结课堂小结1.实验原理实验原理 1、根据、根据E=UE=U外外+Ir+Ir 2、根据、根据E=IR+IrE=IR+Ir 3、根据、根据AVAVRSE r第23页/共38页2.实验方法实验方法 把较粗的铜丝和铁丝相隔约几毫米插入马铃薯或苹果中，就制成了一个水果电池（铜丝和铁丝相距越近、插入越深，电池的内阻就越小），铜丝是电池的正极，铁丝是负极。测量干电池的电动势和内阻的具体实验。实验原理实验器具实验步骤注意事项误差分析第24页/共38页3.数据处理数据处理 以I为横坐标、U为纵坐标建立直角坐标系，根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点。此时可以看到这些点大致呈直线分布。如果发现个别明显错误的数据，应该把它剔除。用直尺画一条直线，使尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的点能大致均衡地分布在直线两侧，这条直线就能较好地代表U-I关系。第25页/共38页课堂练习课堂练习 1在测定电源电动势和内电阻的实验中，在测定电源电动势和内电阻的实验中，为使实验效果明显且不会损害仪器，应选择下列为使实验效果明显且不会损害仪器，应选择下列电源中电源中 （）A内阻较大的普通干电池内阻较大的普通干电池 B内阻较小的普通干电池内阻较小的普通干电池C小型交流发电机小型交流发电机 D小型直流发电机小型直流发电机A第26页/共38页 2在测定电源的电动势和内阻的实验中，在测定电源的电动势和内阻的实验中，待测电池、开关和导线配合下列哪组仪器，待测电池、开关和导线配合下列哪组仪器，可以达到测定目的（可以达到测定目的（）A一只电流表和一个滑动变阻器一只电流表和一个滑动变阻器 B一只电流表和一只电压表一只电流表和一只电压表 C一只电流表和一个电阻箱一只电流表和一个电阻箱 D一只电压表和一个电阻箱一只电压表和一个电阻箱CD第27页/共38页 3如图示的电路中，如图示的电路中，R1、R2为标准电阻，为标准电阻，测定电源的电动势和内阻时，如果偶然误差可测定电源的电动势和内阻时，如果偶然误差可以忽略不计，则电动势的测量值真实值，内阻以忽略不计，则电动势的测量值真实值，内阻的测量值的测量值 真实值，产生误差真实值，产生误差的的 。E rR1R2A A电流表本身有电阻电流表本身有电阻第28页/共38页 4用伏安法测一节干电池的电动势用伏安法测一节干电池的电动势和内电和内电阻阻r，所给的器材有，所给的器材有:(A)电压表电压表V:0315V；(B)电流表电流表A:00.63A；(C)变阻器变阻器R1(总电阻总电阻20)；(D)变阻器变阻器R2(总电阻总电阻100)；以及；以及电键电键S和导线和导线若干若干.(1)画出实验电路图画出实验电路图(标明变阻器规格标明变阻器规格).(2)如图所如图所示的示的U-I图上是由实验测得图上是由实验测得的的7组数据标组数据标出的点，请你完成图线，并由图线求出出的点，请你完成图线，并由图线求出=_ _V，r=_ _.(3)若只选用两组数据，用欧姆定律算出若只选用两组数据，用欧姆定律算出、r，有有可能误差较大可能误差较大.若选用第若选用第_和第和第_组数据误差最大组数据误差最大.1.50.565第29页/共38页上题图上题图电路如图电路如图第30页/共38页高考链接高考链接20%1.（2008.四川四川22）图为用伏安法测量电阻的）图为用伏安法测量电阻的原理图。图中，原理图。图中，为电压表，为电压表，内阻为内阻为4000；为电流表，内阻为为电流表，内阻为50,E为电源为电源，R为电阻箱，为电阻箱，Rx为待测电阻为待测电阻，S为开关。为开关。（1）当开关闭合后电压表读数当开关闭合后电压表读数U=1.6V，电流表的电流表的读数读数I=2.0mA。若将。若将 作为测量值，作为测量值，所得结果的百分误差是所得结果的百分误差是 （2）若将电流表改为内接，开关闭合后，重若将电流表改为内接，开关闭合后，重新测得电压表读数和电流表读数，仍将电压表新测得电压表读数和电流表读数，仍将电压表VmA第31页/共38页提示提示mAV读数与电流表读数之比作为测量值，这时结果的百分误差是5%（1）通过电压表的电流通过电压表的电流 通过通过Rx的电流的电流第32页/共38页 Rx的实际阻值 Rx的测量值 结果百分误差 （2）同理可得电流表改为内接时，结果百分误差=5%。第33页/共38页问题与练习问题与练习 2.答：因蓄电池的电动势为答：因蓄电池的电动势为2V，故电压表，故电压表量程量程应选应选3 3V挡。挡。若定值电阻若定值电阻取取10，则电路中电流最大不，则电路中电流最大不超过超过0.2A，电流值不到电流表量程，电流值不到电流表量程的的1/3，不利，不利于精确读数，故定值电阻只能取于精确读数，故定值电阻只能取1。1.答：该实验方案的主要缺点是，将路端电答：该实验方案的主要缺点是，将路端电压和电流分两次测量。由于电表内阻的影响，压和电流分两次测量。由于电表内阻的影响，两次测量时电路并不处于同一状态，也就是说，两次测量时电路并不处于同一状态，也就是说，测得的电流值，已不是测电压时电路中的电流测得的电流值，已不是测电压时电路中的电流值了。另外，在测量中需要不断改变电路，操值了。另外，在测量中需要不断改变电路，操作也不方便。作也不方便。第34页/共38页 若电流表量程选若电流表量程选3A，为了便于读数（应使指，为了便于读数（应使指针半偏及以上），电流需针半偏及以上），电流需在在1.5A以上。这样，电以上。这样，电路的总电阻应路的总电阻应在在1.33以下，变化范围太小，不利以下，变化范围太小，不利于滑动变阻器操作，所以电流表量程应选于滑动变阻器操作，所以电流表量程应选0.6A。当滑动变阻器的阻值当滑动变阻器的阻值大于大于10时，电流小于时，电流小于0.2A，电流表示数较小，不利于精确读数，所以，电流表示数较小，不利于精确读数，所以滑动变阻器的阻值只用到滑动变阻器的阻值只用到10以内的部分。如果用以内的部分。如果用200的变阻器，的变阻器，大于大于10的部分几乎无用。所以的部分几乎无用。所以变阻器选变阻器选E E。说明：选取实验器材，需要综合考虑，学生说明：选取实验器材，需要综合考虑，学生的困难往往在于顾此失彼。要让学生知道，选择的困难往往在于顾此失彼。要让学生知道，选择器材要从器材要从“安全可行、测量精确、便于操作安全可行、测量精确、便于操作”三三方面考虑。方面考虑。第35页/共38页 3.答：答：U-I图象如图所示。由图象可知：图象如图所示。由图象可知：E=2.03V，r=0.56。2.01.91.81.700.40.81.2 1.6 2.0U/VI/A第36页/共38页第37页/共38页感谢您的观看。第38页/共38页
