210实验测量电池的电动势和内阻

汪领峰夏邑高中高二物理2016.10.5电池的电动势和内阻第10节：实验：测定第二章：恒定电流一、实验原理闭合电路欧姆定律E=U+IrE=U1+I1rE=U2+I2r求出E、r电压表、电流表测U、I思考：有没有其他方法？U=IR电流表、两个定值电阻I=U/R电压表、两个定值电阻为了减小偶然性误差，写出U-I图线，通过图线上的截距，斜率求解E和r二、实验方案和电路图（三种情况）1、用电压表、电流表测电池的E、r(伏安法）2、用电流表、定值电阻测电池的E、r（安阻法）AV电流表常采用相对电源外接法，为何？电源内阻和电流表内阻均较小，相差不多，若不这样，电流表分压较多，则测量误差较大。电压表应测量路端电压。rIRIErIRIEIrIRE222121E1斜率K,ErR图线，纵轴截距-E1画出RE1ErI1r)I(R则E自变量R，因变量I，伏安法测E、r的仪器选择与数据处理例1、利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻．要求尽量减小实验误差(1)应该选择的实验电路是图中的________(填“甲”或“乙”)．(2)现有电流表(0～0.6A)、开关和导线若干，以及以下器材：A.电压表(0～15V)B.电压表(0～3V)C.滑动变阻器(0～50Ω)D.滑动变阻器(0～500Ω)实验中电压表应选用________；滑动变阻器应选用________．(选填相应器材前的字母)(3)某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U-I图线序号123456电压U(V)1.451.401.301.251.201.10电流I(A)0.0600.1200.2400.2600.3600.480故选甲.分压较大，误差较大，,R分压，而r乙图误差来源于电流表.，分流较小，误差较小R分流，而R甲图误差来源于电压表r.RR被测元件为电源，通常分析：1AAVAV、0.83Ωr1.50V,EI图像得：截距U由U2、保留.条件或表格或图像一致（2）无要求按与题设按要求留原则：（1）有要求注：结果的有效值的保3、用电压表、定值电阻测电池的E、r（伏阻法）rRUUErRUUERUUE222111rEr斜率K,E1图像截距bRErE1U1rRUUE自变量R，因变量U为纵横坐标？R1,U1为什么用画线性图像.为了便于研究图像，常例2.有一特殊电池，它的电动势约为9V，内阻约为40Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50mA.为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图甲所示电路进行实验，图中电流表的内阻RA＝5Ω，R为电阻箱，阻值范围0～999.9Ω，R0为定值电阻，对电源起保护作用．(1)本实验中的R0应选________(填字母)．A.10ΩB.50ΩC.150ΩD.500Ω(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线，则根据图线可求得该电池的电动势E＝______V，内阻r＝______Ω.甲乙故选C135Ω,RrIERIERR则r0.05A0时，I，当RR分析：1、求保护电阻Am0m0Am045Ωr10VE101E15ERr由乙得：R)(RE1ERrI1R)RRI(r则EI1，因变量R自变量R2、由甲图可得,A0A0A0实验步骤1：按原理图连接实物图AVSR2、把变阻器的滑片移到一端使电阻值最大3、闭合电键，调节变阻器，使电流表的读数有明显示数，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U，I值。4、断开电键，整理好器材三、数据处理方法一：公式法改变R的阻值，从电流表和电压表中读取两组I、U的值，代入方程组联立求解，多测量几次I、U的值，算出E、r取平均值.rIUErIUE22112112211221IIUUrIIUIUIEAVSR当考虑电压表的分流：)rRU(IUEv电表为理想电表情况的方程rRUUIIUUrERUUIIIUIUE)rRU(IUE)rRU(IUEV1221120V1221211200V22200V1110由U和I的关系得：U1U2，则I1I2测量值偏小.则电流表为外接法被测元件为电源四、注意1、测干电池的电动势和内阻，应选用旧电池旧电池的内阻较大，以使电压表示数变化明显2、用电压表和电流表测电池的电动势和内阻，应选用安培表的外接法。3、U=0时的电流为短路电流4、根据图象求E、r误差较小I真AVRE真r真IvI测电源E、r的几种方法与电路连接(理想电表）主要仪器原理电路图电压表电流表变阻器电压表变阻箱电流表变阻箱例1、用伏安法测电池的电动势和内电阻的实验中，下列注意事项中错误的是()A．应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显B．应选用内阻较小的电压表和电流表C．移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载D．根据实验记录的数据作U一I图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧B2、下面给出多种用伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是（）A．测出两组I、U的数据，代入方程组E＝U1十I1r和E＝U2十I2r，求出E和rB．多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值C．测出多组I、U的数据，画出U－I图象，再根据图象求E、rD．多测出几组I、U数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻。C分析：ABD都会产生偶然性误差3．测量电池的电动势E及内阻r(E约为6V，r约为1.5Ω)．器材：量程3V的理想电压表V，量程0.6A的电流表A(具有一定内阻)，固定电阻R＝8.5Ω，滑动变阻器R′(0～10Ω)，开关S，导线若干．(1)在图的虚框中画出实验电路原理图．图中各元件需用题目中所给出的符号或字母标出．(2)用笔画线代替导线在图完成实物连线．(3)实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2，则可以求出E＝________，r＝________.(用I1，I2，U1，U2及R表示)解析：本题考查实验原理和实验图的连接，及处理实验数据的能力．(1)、(2)如图甲、乙所示．RIIUUrIIUIUIEUr)(RIEUr)(RIE21122112212211R为分压保护电阻.E,Ug例1测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：A．待测干电池(电动势约为1.5V，内阻小于1.0Ω)B．电流表G(满偏电流Ig＝3mA，内阻Rg＝10Ω)C．电流表A(0～0.6A，内阻0.1Ω)D．滑动变阻器R1(0～20Ω，10A)E．滑动变阻器R2(0～200Ω，1A)F．定值电阻R0(990Ω)G．开关和导线若干类型一实验器材与电路的选择(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了图甲中的a、b两个参考实验电路．其中合理的是图___所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能较准确的进行测量，滑动变阻器应选___(填写器材的代号)．(2)图乙为该同学根据(1)中选出的合理实验电路，利用测出的数据绘出的I1－I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，则由图线可得被测电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.bD0.8(0.78～0.821.48(1.47～1.493v所以采用a错990)(10I对b：UE584v990)(0.1I对a：U)R(rI电压表的改装：UggA0g笔头改装滑动变阻器阻值不要太大，最大电流大些。选用Ｄ改变电路方便甲乙2.5ΩImEr中的最小电阻R求变阻器阻：连入电路刻度处.31精确：指针指在大于安全：不超量程，2.电表的选取原则：1.节方便.安全，保护，2.调变阻器的选取原则：1rI)R(RIrIU可近似为：E，分流不计。可视作电压表为理想的R远大于RR由于R)rI(I)R(RIIrU更精确：E20G12A滑0G210G1v原理图及原理E=U+Ir两电表是理想情况的1.由电路图及原理列出变化量间的关系，即自变量I2和因变量I1的关系式。2.找出斜率、截距的表达式。E=U+I2r,电压表的示数U=I1(RG+R0)所以0G0G20G0G1RRr，斜率KRRE截距,IRRrRREI）R（R0.30.05101.25)-(1.45r0.30.05101.25)-(1.45RRr斜率)R(R101.48E1.48RRE截距0G3-3-0G0G30G-0.1Ω1000Ω20Ω例2.图甲是利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图．图中S为开关，R为滑动变阻器，固定电阻R1和A1内阻之和为10000Ω(比r和滑动变阻器的总电阻都大得多)，A2为理想电流表．(1)按电路原理图在图乙虚线框内各实物图之间画出连线．(2)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至________(填“a端”、“中央”或“b端”)．(3)闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置，读出电流表A1和A2的示数I1和I2，多次改变滑动端c的位置，得到的数据为在图所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1－I2曲线．类型二电路的连接和实验数据的处理I1(mA)0.1200.1250.1300.1350.1400.145I2(mA)48040032023214068b端利用数据表求解，偶然性误差（读数、画图引起的）较大可把A1和R1视作构成的理想电压表(4)利用所得曲线求得电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(保留两位小数)(5)该电路中电源输出的短路电流Im＝________A.rEImA113-A112A11A1112A1112RRr斜率K1.49VE100.149RRE纵坐标截距IRRrRREIrI)R(RIErIUER1+RA1=10000Ω相当于电压表，I1远小于I2，则干路I=I2。可视作理想电压表1．在用图甲所示的电路测电池电动势和内电阻时，由于电压表的分流作用造成系统误差，图乙所示的U－I图象中有两条直线AB和A′B，其中一条是根据实测数据画出的直线，另一条是修正电压表分流所引起的误差得到的直线，由图可知，正确的是()A．AB是根据实测数据画出的直线B．A′B是根据实测数据画出的直线C．路端电压U越大，通过电压表的电流越大D．由于电压表的分流作用，使电池电动势和内电阻的测量值都小于真实值练习系统误差：由于实验工具引起的误差，故D对.r，rE3、由图线可知E，故C对RU2、I故A对.,III分流I分析：1、由于电压表真测真测VVAVAIIA答案：ACD流表的读数）总电流大于测量值（电由于电压表分流则实际2．在用伏安法测定电池的电动势和内阻的实验中，图是某一同学的实际接线图，图中接线有一处错误，只需去掉一根导线，这根导线的编号是________．③3．图中E为直流电源，R为已知电阻，V为理想电压表，其量程大于电源电动势，S1和S2是开关．现要利用图中电路测量电源的电动势E和内阻r，试写出主要实验步骤及结果的表达式．实验步骤：(1)将S1闭合，S2断开，电压表直接和电源相连，记下电压表读数U1，就是电源的电动势；(2)S1、S2均闭合，记下电压表读数U2，即为电阻R两端电压．根据闭合电路欧姆定律，有E＝U2＋U2Rr，即U1＝U2＋U2Rr，解得r＝U1－U2U2R.怎样测量电动势？