第二章恒定电流第十节实验:测定电池的电动势和内阻教材中提供了三种实验方法供教学选择,但实验原理大致相同,教学中可以就第一种方法进行详细的分析,要让学生理清电动势和内阻测量的思维线索。通过本节课的学习,学生可以灵活地运用闭合电路欧姆定律,对图像法处理数据进一步熟悉。教学内容不只是给学生一种测量电动势的方法,更重要的是通过实验使学生更好地理解电动势这一概念。1.理解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的变化关系。2.体验测量电源电动势和内阻的探究过程,掌握实验方法。3.用解析法和图像法求解电源电动势和内阻,能对结果进行误差分析、了解减小误差的方法。重点:探究测量电源电动势和内阻的原理和方法,掌握其数据处理和误差分析。难点:电阻率的影响因素,实验电路连接,图像法求解及误差分析。电池已成为人类生活的亲密伙伴,生活中处处需要电池,新旧电池的主要不同是什么呢?如果我们想比较下它们的电动势和内阻的关系应该如何设计实验呢?本节课我们就一起来探讨下电池的电动势和内阻的测量方法。1.给你一节使用过的干电池、一个滑动变阻器、一块安培表、一块伏特表、一个开关和导线若干,如何测量这节电池的电动势和内阻?AVSR原理:E=U+Ir一、实验原理及电路E=U1+I1rE=U2+I2r2.给你一节使用过的干电池、一个变阻箱、一块安培表、一个开关和导线若干,如何测量这节电池的电动势和内阻?E=I1(R1+r)E=I2(R2+r)ARS原理:E=I(R+r)3.给你一节使用过的干电池、一个变阻箱、一块电压表、一个电键和导线若干,如何测量这节电池的电动势和内阻?VRS原理:E=U+URrE=U1+U1R1rE=U2+U2R2r电流表电压表滑动变阻器开关、导线及坐标纸、铅笔(选择量程接近电源电动势)选用阻值较小的,最大阻值10─20Ω二、实验器材的选择以方案1为例被测电池(干电池)AV甲AV乙两图中电压表和电流表的测量值都是准确的吗?如果不是,哪么哪个表测量值准确?哪个表测量值有误差?误差是偏大还是偏小?因为待测部分(电池)的电阻是小电阻,故采用电流表外接法(相对待测部分)误差会小些,即甲图。1.确定电流表和电压表的量程,按图示电路把器材连好。三、实验步骤AVSR2.把滑动变动器的滑片移到一端使其阻值最大。3.闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显读数,记录一组电流电压值,用同样的方法测量并记录几组U、I值。4.断开开关,整理好器材。5.数据处理:用原理中的方法计算或画图线算E和r。通过视频,观看测定电源电动势和内阻的实验操作过程。=55c9a1ddaf508f0099b1c5dc例1.在用电压表、电流表测两节干电池串联的电动势和内阻时,除备有被测电池、开关和足够的导线外,还备有下列仪器可供选择:A.电流表(0~0.6A)B.电流表(0~3A)C.电压表(0~3V)D.电压表(0~15V)E.滑动变阻器(20Ω,2A)F.滑动变阻器(1700Ω,0.3A)应该选用的仪器是__________(填器材前面的选项字母)。ACE四、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。rIUErIUE22112112211221IIUUrIIUIUIE方法二:图象法UrkIOI/AU/VEEIr=短在坐标纸上以I轴为横坐标,U为纵坐标,用测出几组的U,I值画出U-I图象。所得直线跟纵轴的交点即为电动势E的值,图线的斜率的绝对值即为内阻的值。通过视频,了解数据处理办法中的图象法的作图过程和注意要点。=55c9a1c5af508f0099b1c5da例2.一个学生利用实验方法测得数据,根据这些数据,画出了如图所示的U-I图象,从图中可得出电源电动势为______V,内阻为______Ω。2.92.6AVSR1.测量电路存在系统误差。由于电压表的分流,据此作出如图乙所示的真实和测量的U-I图线,由图不难看出,E、r的测量值均小于真实值,r测r真、E测E真。五、误差分析2.电压表和电流表读数时会造成偶然误差。用作图法求E、r时,作图不准确造成偶然误差。I真IvI测UI测量值×××真实值I真=I测+IvEr六、注意事项1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻应大些(选用已使用过一段时间的干电池)。2.电池在大电流放电时极化现象较严重,电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,故长时间放电不宜超过0.3A,短时间放电不宜超过0.5A,因此,实验中不要将R调得过小,读电表示数要快,每次读完应立即断电。3.测出不少于6组I、U数据,且变化范围要大些。用方程组求解,要将测出的I、U数据中,第1和第4为一组,第2和第5为一组,第3和第6为一组,分别解出E、r值,再求平均值.4.计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点,用公式计算出电源的内阻r。5.干电池内阻较小时,U的变化较小,此时,坐标图中数据点将呈现如下图甲所示的状况,使下部大面积空间得不到利用。为此,可使纵坐标不从零开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始),如图乙所示,并且把纵坐标的比例放大,可使结果的误差减小。此时图线与横轴交点不表示短路电流,而图线与纵轴的截距仍为电动势.要在直线上任取两个相距较远的点,用r=|ΔU/ΔI|求电池的内阻r。6.画U-I图线时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去。这样可使偶然误差得到部分抵消,提高精确度。等效电源的电动势和内阻:两端有源网络可等效为一个电源,电源的电动势为两端开路时的电压,电源的内阻为从电源两端看的内电阻。。。abErR甲。。abE′r′乙情况1:把图甲的电路等效为图乙的电源等效电源法E′=Er′=r+R情况2:把图丙的电路等效为图丁的电源:rRREIRUEab'rRRrr'。。abE′r′丁R。。abE′r′丙例3.如图是测量电源内电阻的电路,下列关于误差的说法,正确的是()A.由于电流表的分压作用,使内电阻的测量值小于真实值B.由于电流表的分压作用,使内电阻的测量值大于真实值C.由于电压表的分流作用,使内电阻的测量值小于真实值D.由于电压表的分流作用,使内电阻的测量值大于真实值AVSR解析:E=U+Ir,I=(IA+U/RV),由于电压表的分流作用,对于每个电压值U1,测得的电流IA小于总电流I1,U越大,IA跟I1相差越大,画出的图线应为实线所示:UIU1IAI1所以内电阻的测量值小于真实值。测量值真实值答案:C测定电池的电动势和内阻1.实验原理原理1:用伏安法测E、r原理2:用电流表和电阻箱测E、r原理3:用电压表和电阻箱测E、r2.试验方法要点:熟悉实验所用的器材,会根据不同的实验原理选择不同的实验器材,并按照合理规范的步骤进行操作。3.数据处理(伏安法):平均值法、图象法ABC1.在测定电池的电动势和内阻的实验中,用待测电池、开关和导线,配合下列仪器可以达到的实验目的的是()A.一只电流表和一个电阻箱B.一只电流表、一只电压表和一个滑动变阻器C.一只电压表和一个电阻箱D.一只电流表和一个滑动变阻器2.用图所示的电路测定电源电动势和内阻,已知干电池的电动势约为1.5V,内阻约1Ω,电压表(0─3V,3kΩ),电流表(0─0.6A,1.0Ω),滑动变阻器有R1(10Ω,2A)和R2(100Ω,0.1A)各一只。(1)实验中滑动变阻器应选用。(2)请用笔画线代替导线连接实验电路。(3)在实验中测得多组电压和电流值,得到如图丙所示的U─I图线,由图线可较准确求出该电源电动势E=V;内阻r=Ω。1.500.10.20.30.40.91.11.31.21.00.81.4I/AU/VR11.500.85AV