人教版 (新课标)选修3选修3-1第二章 恒定电流10 实验：测定电池的电动势和内阻授课ppt课件

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第10节　实验：测定电池的电动势和内阻
方案2.用电流表、电阻箱测电动势E和内电阻r由闭合电路的欧姆定律得：E＝I(R＋r)用电流表测干路中的电流，通过改变电路中的电阻，测出两组R、I数据，就可以列出两个关于E、r的方程：E＝I1(R1＋r)　E＝I2(R2＋r)联立就可以解出结果，实验电路如图所示．
二、实验器材在不同的方案中需要的实验器材略有不同，分别如下：方案1：待测电池一节，电流表、电压表各一个，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干．方案2：待测电池一节，电流表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干．方案3：待测电池一节，电压表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干．
三、实验步骤(以方案1为例)1．电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程按图连接好电路．2．把滑动变阻器滑片移到使电阻最大的一端．3．闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I，U)，填入下面的表格，用同样的方法测量几组I，U值，填入表格4.断开开关，整理好器材．
四、数据处理1．公式法：把测量的几组数据分别代入E＝U＋Ir中，然后两个方程为一组，解方程求出几组E、r的值，最后对E、r分别求平均值作为测量结果．2．图象法(1)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；(2)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；
五、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U­I图象时描点不准确．2．系统误差(1)电流表相对于待测电阻(电源内阻)外接(如图1所示)
(2)电流表相对于待测电阻(电源内阻)内接(如图3所示)①产生原因：由于电流表的分压作用，使得电压表的读数比电源的路端电压小，电流表测得的电流等于流过电源的电流，所以在流过电流相同的情况下，U测＜U真．②测量值和真实值的大小比较：依照分析可绘制出图4图线，可以从图线的意义得E测＝E真，r测＞r真．
综合上述，任一种电路都存在系统误差，若电源内阻较小时，不能采用图3中的测量电路，尽管电动势的测量值准确，但内阻的测量误差很大，因此要选用图1中的测量电路．
六、注意事项1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，宜选用旧电池和内阻较大的电压表．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，故长时间放电电流不宜超过0.3 A，短时间放电电流不宜超过0.5 A．因此实验中不宜将I调得过大，读电表的示数要快，每次读完后应立即断电．
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．5．用伏安法测电动势E和内电阻r时，可以设计成两种电路．
如图所示，在实验中我们选择甲图的原因有：依据闭合电路的欧姆定律E＝U＋Ir，在实验中需要测路端电压U和电源中的电流I，可以看出，甲图中由于电压表的分流作用，使电流表测得的不是真实的电源中的电流；乙图中由于电流表的分压作用，电压表测得的不是真实的路端电压．这两个电路都存在系统误差，由于电流表的电阻和电源的内阻差不多大，则乙图测量的电源内阻阻值和真实值相差太大．故电流表的分压作用不能忽略，所以选用甲图电路较好．
6．仪器的选择(1)电流表量程的选择：量程要大于电源允许通过的最大电流，对于电池来讲允许通过的最大电流是0.5 A故需要选0～0.6 A.(2)电压表量程的选择：量程要大于电源电动势，对一节干电池来讲，电压表量程在大于1.5 V的前提下越小越好．(3)滑动变阻器的选择：滑动变阻器的最大电阻为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因电源内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可.
在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1.5 V，内阻小于1.0 Ω)B．电流表G(满偏电流Ig＝3 mA，内阻Rg＝10 Ω)C．电流表A(0～0.6 A，内阻0.1 Ω)D．滑动变阻器R1(0～20 Ω，10 A)
(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，于是他设计了如图(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地进行测量，滑动变阻器应选________(填写器材前的字母代号)．(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I1­I2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.
【解析】　(1)电路a中电流表A和定值电阻R0组成的电压表量程为0.6×990.1 V≈594 V，而电源电动势仅约为1.5 V，所以电路a不合理，电路b合理，电源的内阻较小，又滑动变阻器采用限流式改变电路，所以用滑动变阻器R1改变电路较为方便．
【答案】　(1)b　D(2)1.48(1.47～1.49均正确)　0.8(0.78～0.82均正确)
【方法总结】(1)实验仪器的选取测一节干电池的电动势和内电阻，电压表应选择3 V量程；一般通过干电池的电流不能过大，电池在大电流时电动势会明显下降，内电阻r会明显增大，因此电流表应选择0.6 A挡；电池应选择废旧干电池，此时电池内阻大，路端电压变化范围大；为使滑动变阻器调节方便，滑动变阻器选择最大阻值10 Ω左右的电阻．
(2)实验数据的处理①在用U­I图象处理数据时注意坐标原点的数据，防止直接用纵坐标值与横坐标值(截距)求电阻而出错．图线斜率的绝对值为电源的内阻．②图象中图线与U轴的交点的值为电动势．
导线若干(1)设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内．要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负．(2)为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的________倍，电阻箱的阻值应为________ Ω.
【方法总结】本实验利用伏安法测电动势和内阻，但在电压表或电流表量程不满足测量要求时，需创新设计实验，将电压表或电流表扩大量程，其基本原理仍是闭合电路欧姆定律．