【人教2019版新教材课件】12.3实验：电池电动势和内阻的测量

12.3实验：电池电动势和内阻的测量(1)掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法及误差分析。(2)学会用图像法处理数据。实验目的实验目的E=U+Ir通过改变多次滑动变阻器的阻值（外电阻），测出相应的路端电压（伏特表读数）、总电流（安培表读数），利用解方程的办法或图象法求得电动势和内阻。闭合电路欧姆定律：实验数据处理1.代数法:改变R的值，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。rIUE11rIUE22｛得出：2112UUrII122112IUIUEIIR减少实验误差：多测量几次I、U的值，算出E、r取平均值.2.图象法:根据闭合电路欧姆定律：E=U+Ir作出电源的特性曲线：U=E-r∙I。IU×××××AB电动势E纵坐标可以不从0开始OIUr电池内阻rEI短路电流短路电流I短【特别提醒】如果实验中选用电池的内阻较小，则U的变化较小，此时坐标图中的数据点呈下图甲所示的状况，下面大部分空间得不到利用，为此可使坐标轴不从零开始如下图乙所示，把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小些．通常实验选择老电池或者水果电池。误差分析R1、系统误差是由于电压表的分流引起。UI测量值I真IvI测①当U=0时，IV=0，短路电流测量值等于真实值．I真=IV＋I测=+I测VRU②当U≠0时，I真I测UI测I真IV真实值结论：E真E测r真r测E真E测初步变形RR思考：为什么实验不使用右图的电路测量？1、系统误差是由于电流表的分压引起。真实值RU真U测UAUI测量值U真=UA＋U测=IRA+U测①当I=0时，UA=0，电压表测量值等于真实值。②当I≠0时，U真U测U测IUAU真结论：E真=E测r真r测误差分析【特别提醒】实验采用本电路测量时，虽然电动势测量准确，但电阻误差过大，所以通常不用。但若电流表内阻已知，即可获得电源内阻的准确值。r真=r测-RA例1：用右图所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值R0起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：（a）电流表（量程0.6A、3A）；（b）电压表（量程3V、15V）；（c）定值电阻（阻值1Ω、额定功率5W）；（d）定值电阻（阻值10Ω、额定功率10W）；（e）滑动变阻器（阻值范围0~10Ω、额定电流2A）；（f）滑动变阻器（阻值范围0~100Ω、额定电流1A)。⑴要正确完成实验，电压表的量程应选择____V，电流表的量程应选择____A；R0应选择_____Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是______Ω的滑动变阻器。⑵引起该实验系统误差的主要原因是______________________。AVESRR0实战演练答案：（1）3，0.6，1，0～10．（2）由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小．1.利用电阻箱和电流表测电源电动势和内阻由闭合电路欧姆定律：IrUE)(rRIE忽略电流表内阻通过实验可测得电阻箱电阻R，电流表读数IrRIEErREI11rIER-1“化曲为直”实验拓展一例2：利用如图a所示电路测量电池组的电动势E和内阻r.根据实验数据绘出图线如图b所示，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，不计电流表内阻，由此可以得到E=V，r=Ω.AErSR(a)01224R/Ω(b)311A1/I解：由闭合电路欧姆定律rREIbkRErERI1由图象得k=0.5/V，截距b=0.5/AV21kE1250.bEr答案：2；1RI1)(rRRUEERErU1)1(1/V-1U1R1/Ω-1斜率k=r/E2.利用电阻箱和电压表测电源电动势和内阻忽略电压表电阻E1实验拓展二【思考】：若电压表V被损坏了，除了原器材外，现实验室还有：A．电流表G1（量程100μA，内阻100Ω）B．电阻箱R1（0-99.99Ω）C．电流表G2（量程1mA，内阻约100Ω）D．电阻箱R2（0-99999.9Ω）如何设计电路？利用电流表和定值电阻代替电压表测电源电动势和内阻实验拓展三RSE,rG2G1RR2例3：图l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Rl和A1内阻之和R为l0000Ω（比r和滑动变阻器的总电阻都大得多)，A2为理想电流表。①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”）。②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3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。③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)A1A2ErSR1Rbca图1b端I1（mA）0.1200.1250.1300.1350.1400.145I2（mA）48040032023214068I1/mA0.1600.1500.1400.1300.1200.1100100200300400500I2/mA图3答案：1.49(在1..50范围内均可)0.60(在0..65范围内均可)实验拓展四KE,rAVRKE,rV1RV2R04.利用电压表和定值电阻代替电压表测电源电动势和内阻实验总结（1）想尽办法直接或间接得到路端电压U、干路电流I，结合原理闭合电路欧姆定律设计电路。（2）利用闭合电路欧姆定律建立方程，进行数学变换得到一次函数关系，结合图像斜率、截距求E、r。KE,rAVRKE,rV1RV2R0实验拓展四4.利用电压表和定值电阻代替电压表测电源电动势和内阻实验总结（1）想尽办法直接或间接得到路端电压U、干路电流I，结合原理闭合电路欧姆定律设计电路。（2）利用闭合电路欧姆定律建立方程，进行数学变换得到一次函数关系，结合图像斜率、截距求E、r。物理电学实验复习常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表改装而成的G_+一、对电表的认识1、电流表的构造和工作原理（1）构造：永磁铁和放入永磁铁磁场的可转动线圈组成I(2)电路图：电流表的内阻:表头G的电阻Rg（大约几欧到几十欧）满偏电压:电流表G通过满偏电流时,加在它两端的电压Ug（大约零点几伏）满偏电流:电流表指针偏转到最大刻度时的电流Ig（约几十微安到几毫安）gggUIR2、把灵敏电流计改为电压表()ggggggUUUIRRUURRUg据串联电路的特点得：解得：电压表的内阻：VgRRRggURU量程越大，内阻越大()gggggggUIRIIRIRRII据并联电路的特点得：解得：3、把灵敏电流计改为电流表电流表的内阻：AggRRRRRggIRI量程越大，内阻越小4、电流表和电压表的读数方法(1)最小刻度是1的电表最小刻度:1（包括0.1、0.01）读数：估读到最小刻度的下一位即下一位按十分之一估读方法：用目测把每一小格等分成十份看指针所在的位置012V3①0.39V②1.33V③2.00V930（2）最小刻度是2的电表最小刻度：2（包括0.2、0.02）读数：估读到最小刻度的同位即同一位按二分之一估读方法：用目测在每一小格中间认定一条“中间线”，看指针所在的位置技巧：靠边读边，靠中间读一半4、电流表和电压表的读数方法00.20.4A0.6①0.08A②0.27A③0.40A870（3）最小刻度是5的电表最小刻度：5（包括0.5、0.05）读数：估读到最小刻度的同一位即同一位按五分之一估读方法：用目测把每一小格等分成五份看指针所在的位置4、电流表和电压表的读数方法0510V15①1.9V②6.7V③10.0V970R0R①、限流电路负载电阻两端的电压变化范围为：R0R内阻不计，电动势为E二、滑动变阻器的两种接法优点：电路简单，省电不足：电压不能从零开始0RRR通常适用于R与R0相当或更小时，此电路滑动变阻器消耗的功率较少。②、分压式电路负载电阻两端的电压变化范围为：常适用于R比R0大得多时，此电路滑动变阻器消耗的功率较多。电压变化范围较大。R0R内阻不计，电动势为EVA优点：电压能从零开始不足：电路复杂，费电0负载RX的电压调节范围可见滑动变阻器的总阻值R越大，电阻RX两端电压的变化范围越大。变阻器总阻值R是Rx的2--5倍时，限流接法对电流、电压控制作用显著，这样既便于调节,用电器两端电压变化范围又比较大.①限流电路在合上开关以前，一定要使滑动变阻器所使用的阻值最大．RXPabERr=0如果题目没有要求待测电阻两端的电压从零开始连续可调，也没有要求多测几组数据，而且滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值大，并且在滑动变阻器连成限流电路时能保证电表和待测电阻正常工作，这时应从节省电能（）和电路简单考虑，选用限流电路。EIP＝源XXRRR②分压电路RXPabERr=0负载RX的电压调节范围在合上开关以前，一定要使滑动变阻器滑动头的初始位置置于a端．以使负载上的电压和电流最小．（均为零）滑动变阻器的总阻值R越小，越便于调节用电器两端电压．一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻,在0.1—0.5倍之间为好。要求测量结果尽量准确，需要多测几组数据；要求待测电阻两端电压变化范围较大；或要求从零开始连读可调，应选分压电路。如果滑动变阻器的全阻值比待测电阻的阻值小得多，为了能使待测电阻两端电压有较大变化，应选分压电路。如果采用限流电路时，电路中最小电流等于或大于待测电阻的额定电流或电流表的量程，应选分压电路0比较项目限流式接法分压式接法电路电压调节的范围电流调节的范围电能损耗电路连接3、控制电路（滑动变阻器的接法）的选择：EIR电源负担轻E（IR+Iap）电源负担重简便复杂（1）电路应采用电流表外接法（为什么？）（2）滑线变阻器应采用分压式接法。1、描绘小电珠的伏安特性曲线三、几个基本实验2、测定金属电阻率1、实验原理：LRS22dRL即：（2）电阻R的测量（关键）（1）直径的测量（螺旋测微器的使用）用电压表测电压用电流表测电流外接法？内接法？为减小误差，多测几组数据，求平均值滑动变阻器限流式？分压式？AVAVURIIUR“同一性”由于电流表分压引起的。误差产生的原因:若RXRV时，采用电流表内接法xVxVxVRxRxRRRRRIIUIUR＝＝测测测由于电压表分流引起的。误差产生的原因：内接法RXVA··RXAV··外接法若RXRV时，采用电流表外接法。2.电路3.仪器的选择（1）安全性原则要保证所用仪器的安全，电源最大允许通过的电流、电压表和电流表的量程、滑动变阻器允许通过的最大电流、用电器的额定电压电流等。选择电源、电表和用电器时，保证其电流和电压均不超过使用的量程。（2）精确性原则尽量减小实验误差。选择电表时，在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下，合理选择量程。务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的2/3），电表达不到满偏的1/3是不允许的。（3）操作性原则：如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，当其阻值大于用电器的阻值时用限流电路调节电路的电压(电流)比较方便；当其阻值小于用电器的电阻时用分压电路调节电路的电压(电流)比较方便．（4）选择的一般步骤①根据实验要求设计合理的实验电路；②找出唯一性的器材；③估算电路中电压和电流的最大值或最小值，结合已知器材的规格选定电源、选定电压表和电流表以及所用的量程；④根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器.例1.用伏安法测量金属导线的电阻R，试把图中给出的器材连接成测量R的合适的电路。图中安培表的量程为0.6A，内阻接近1Ω，伏特表的量程为3V，内阻为5KΩ;电源的电动势为6V，变阻器的阻值为0—20Ω。在闭合电键前，变阻器滑动触点应处于正确位置。解：金属导线的电阻不大，安培表应外接，变阻器电阻比较大，可用限流接法，画出电路图如下：+-RXAV··++例2：有一个电阻