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必修 第三册7 实验:测量电池的电动势和内阻多媒体教学ppt课件
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这是一份必修 第三册7 实验:测量电池的电动势和内阻多媒体教学ppt课件，共43页。PPT课件主要包含了内容索引，实验探究新知导学，典例精讲释疑解惑，随堂练习，课标定位，素养阐释，②15320，答案D等内容，欢迎下载使用。
1.知道伏安法测量电源电动势和内阻的实验原理,进一步理解电源路端电压随电流变化的关系。2.学会根据图像进行数据处理的方法。3.尝试进行电源电动势和内电阻测量误差的分析,了解测量中减小误差的办法。
1.通过对测量电动势和内阻的实验原理的学习,形成物理观念。2.自主合作探究,并对实验信息进行数据处理,形成科学思维。3.会选用实验器材、正确连接电路、规范实验操作,形成科学探究方法。
一、实验原理根据闭合电路的欧姆定律,E=U+Ir,创造实验条件,测量电动势和内电阻。二、实验方案设计1.伏安法:由E=U+Ir知,只要测出U、I 的两组数据,就可以列出两个关于E、r的方程,从而解出E、r。用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表。电路图如图所示。
2.安阻法:由E=IR+Ir可知,只要能得到 I、R 的两组数据,列出关于E、r的两个方程,就能解出E、r。用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表。电路图如图所示。
3.伏阻法:由E=U+ r知,如果能得到 U、R 的两组数据,列出关于E、r的两个方程,就能解出E、r。用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表。电路图如图所示。
三、实验步骤(以伏安法为例)1.确定电流表、电压表的量程,按图连接好电路,并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。2.闭合开关S,接通电路,将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动,从电流表有明显读数开始,记录一组电流表、电压表读数。3.同样的方法,依次记录多组U、I值。
四、数据处理(以伏安法为例)1.公式法:利用依次记录的多组数据,根据欧姆定律列出方程,解得E、r值。2.图像法:把测出的多组U、I 值,在U-I 图中描点画图像,使U-I 图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧,如图所示,由U=E-Ir 可知:
五、误差分析与注意事项(以伏安法为例)1.除去偶然误差外,由于电压表的分流作用会带来系统误差,导致实测的E和r都小于真实值。2.若干电池的路端电压变化不很明显,作图像时,纵轴单位可取得小一些,且纵轴起点可不从零开始。如图所示,此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E,但图线与横轴交点不再是短路电流,内阻要在直线上取较远的两点用
3.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。
一、伏安法测电动势和内阻【例题1】 利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻,要求尽量减小实验误差。
(1)应该选择的实验电路是图中的 [选填“(a)”或“(b)”]。
(2)现有开关和导线若干,以及以下器材:A.电流表(0~0.6 A)B.电流表(0~3 A)C.电压表(0~15 V)D.电压表(0~3 V)E.滑动变阻器(0~10 Ω)F.滑动变阻器(0~500 Ω)实验中电流表应选用 ;电压表应选用 ;滑动变阻器应选用 。(选填相应器材前的字母)
答案:(1)(a) (2)A D E解析:(1)如果用(b)电路,误差来源于电流表的分压,测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分,而电流表内阻与电源内阻很接近,故电源内阻测量误差大。用(a)电路,误差来源于电压表的分流,因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻,故电压表分流很小,测量引起的误差小,故选择(a)电路图。(2)电源电动势为1.5 V,因此电压表量程选择3 V,故选D;为使电流表有较大角度的偏转,需选用最大阻值小的滑动变阻器,故选E。因电流较小电流表选择A。
选择仪器时注意掌握的原则1.安全性原则,即一定要保证仪器的安全,对电表来讲不超量程,对滑动变阻器来讲不能超其额定电流。2.精确性原则,即要保证测量时读数精确,对电表来讲在不超量程的前提下,尽量选用小量程的,对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近。3.方便性原则,此原则主要针对滑动变阻器来讲,在滑动变阻器控制电路时,电路的电压、电流的变化范围要尽可能大,以便获取多组测量值。
二、图像法处理实验数据(伏安法)【例题2】 用电流表和电压表测一节干电池的电动势和内阻,图(a)(b)是给出的两个供选用的电路图。
(1)为了较精确地测定电池的电动势和内阻,实验中应选用 [选填“(a)”或“(b)”]电路。正确选择电路后,请用笔画线代替导线将图(c)中器材连成实验用的电路。 (2)实验时,经测量得出的数据如下表,请在图(d)所示的坐标系中画出U-I图像。利用图像可求出该干电池的电动势和内阻分别为 V、 Ω。
(3)若不作出图像,只选用其中两组U和I的数据,利用公式E=U+Ir列方程求E和r,这样做可能得出误差很大的结果。其中,选用第 组和第 组数据,求出E和r的误差最大。
在测定电源电动势和内阻实验中作图处理数据时,由于干电池内阻较小使得路端电压U的变化也较小,即不会比电动势小很多,由此描点绘图,如图(a)所示,这样图线未布满整个坐标纸,斜率的计算误差大。为作图方便,在画U-I图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,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)。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流I短,不过图线与纵轴的截距仍为电动势,直线斜率的绝对值仍是电源的内阻。如图(b)所示。
答案:(1)(b) 如图(e)所示 (2)如图(f)所示 (3)3 4
解析:(1)电流表与电源的内阻相差不大,图(a)电路测出的是电流表与电源的内阻之和,故误差太大,应选图(b)电路测量。(2)作图像时应使尽可能多的点落在直线上,个别偏离太大的点应舍去。由图线与纵轴的交点可得电动势E=1.45 V,再读出图线与横轴交点的坐标
(3)由图像可以看出第4组数据的点偏离直线最大,应舍去。若选用第3组和第4组数据求E和r,相当于过图中3和4两点作一直线求E和r,而此直线与所画的直线偏离最大,所以选用第3组和第4组数据求得的E和r误差最大。
三、伏阻法和安阻法测电动势和内阻【例题3】 某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:一个满偏电流为100 μA、内阻为2 500 Ω的表头,一个开关,两个电阻箱(0~999.9 Ω)和若干导线。(1)由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表,则应将表头与电阻箱 (选填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为 Ω。
(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量,实验电路如图所示,通过改变电阻R测相应的电流I,且做相关计算后一并记录如下表:
①根据表中数据,图中已描绘出四个点,请将第5、6两组数据也描绘在图中,并画出IR-I图线;
②根据图线可得电池的电动势E是 V,内阻r是 Ω。
答案:(1)并联 5.0 (2)①如图所示
解析:(1)将小量程表头改装成更大量程的电流表,需给表头“并联”一个合适阻值的分流电阻。已知表头的满偏电流Ig=100 μA,表头内阻Rg=2 500 Ω,改装后电流表量程IA=50 mA,设分流电阻为Rx,由IgRg=(IA-Ig)Rx解得Rx=5.0 Ω。(2)①将表中第5、6两组数据描入坐标纸,分析电路并由闭合电路的欧姆定律可得E=I(R+RA+r),变形得IR=-(RA+r)·I+E可知IR-I图像为一条直线,故应用一条直线拟合各数据点。②由上述分析知,IR-I图像的纵轴截距为电池电动势,由题图知E=1.53 V(1.52~1.54 V)题图中直线斜率的绝对值为RA+r,则RA+r=7.0 Ω,所以,电池内阻r=7.0 Ω-RA= 2.0 Ω。
伏阻法测电动势和内阻
【例题4】 一同学测量某干电池的电动势和内阻。(1)下图是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处: ; 。
(2)实验测得的电阻箱阻值R和理想电流表示数I,以及计算出的 数据见下表:
根据表中数据,在图方格纸上作出R- 关系图像。
由图像可计算出该干电池的电动势为 V(结果保留三位有效数字);内阻为 Ω(结果保留两位有效数字)。
答案:(1)开关未断开 电阻箱阻值为零(2)见解析图 1.33(1.30~1.36均可) 1.2(1.0~1.4均可)
解析:(1)在电学实验中,连接电路时应将开关断开,电阻箱的阻值调为最大,确保实验仪器、仪表的安全。(2)根据闭合电路欧姆定律,得E=I(R+r)
描点连线后图像如图所示。
根据图像可知r=1.2 Ω
安阻法测电动势和内阻
1.(伏安法测量电动势与内电阻的注意事项)在用伏安法测电池的电动势与内阻的实验中,下列注意事项错误的是( )A.应选用旧的干电池作为被测电源,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.移动滑动变阻器的滑片时,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-I图线时,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答案:B解析:实验中选用的电压表的内阻应尽可能地大,而电流表的内阻则尽可能地小,故选项B错误;其他三个选项的内容均为正确操作。
2.(伏安法测量电动势与内电阻的器材选择)(多选)在测一节干电池(电动势约为1.5 V,内阻约为2 Ω)的电动势和内阻的实验中,变阻器和电压表各有两个供选,电压表和变阻器应该分别选( )A.电压表量程为15 VB.电压表量程为3 VC.变阻器为(20 Ω,3A)D.变阻器为(500 Ω,0.2 A)答案:BC解析:电动势为1.5 V,而A电压表量程为15 V,若用A则很难精确读数,误差太大,故选B。变阻器电阻比电源的内阻大几倍即可,阻值太大调节会不方便,故D不合适,故变阻器应选C。
3.(伏安法测量电动势与内电阻的误差分析)(多选)用如图所示的电路测量电池电动势和内电阻时,若有两只电压表V1、V2量程相同,内阻分别为Rv1、Rv2,且Rv1>Rv2;两只电流表A1、A2量程相同,内阻分别为RA1、RA2,且RA1>RA2,在实验中,为了使E、r的测量值更精确一些,选择的电表应该是( )A.V1与A1B.V1与A2C.V2与A1D.V2与A2
答案:AB解析:本实验的系统误差主要来源于电压表内阻对电路的影响,电压表内阻越大,电流表所测电流越接近于干路中的电流的真实值,所测电池的内阻也越接近电池内阻的真实值,故电压表选用内阻大的好;而电流表内阻对本实验无影响,因为电流表与R是串联,不需知道R与RA的值,故电流表选用哪一个都可以,故选A、B。
4.(测量电动势与内电阻的实验方案的选择)某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻,他们提出的实验方案中有如下四种器材组合,为使实验结果尽可能准确,最不可取的一组器材是( )A.一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器B.一个伏特表和多个定值电阻C.一个安培表和一个电阻箱D.两个安培表和一个滑动变阻器
解析:由闭合电路欧姆定律可知E=U+Ir,经变形可得U=-rI+E,选项A中可以通过安培表和伏特表的读数得到路端电压和干路电流,从而得到E和r,电路图如图(a)所示,所以选项A可取。
选项B的实验电路图如图(b)所示,应用E=U+ r可以得到E和r,所以选项B可取。
1.知道伏安法测量电源电动势和内阻的实验原理,进一步理解电源路端电压随电流变化的关系。2.学会根据图像进行数据处理的方法。3.尝试进行电源电动势和内电阻测量误差的分析,了解测量中减小误差的办法。
1.通过对测量电动势和内阻的实验原理的学习,形成物理观念。2.自主合作探究,并对实验信息进行数据处理,形成科学思维。3.会选用实验器材、正确连接电路、规范实验操作,形成科学探究方法。
一、实验原理根据闭合电路的欧姆定律,E=U+Ir,创造实验条件,测量电动势和内电阻。二、实验方案设计1.伏安法:由E=U+Ir知,只要测出U、I 的两组数据,就可以列出两个关于E、r的方程,从而解出E、r。用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表。电路图如图所示。
2.安阻法:由E=IR+Ir可知,只要能得到 I、R 的两组数据,列出关于E、r的两个方程,就能解出E、r。用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表。电路图如图所示。
3.伏阻法:由E=U+ r知,如果能得到 U、R 的两组数据,列出关于E、r的两个方程,就能解出E、r。用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表。电路图如图所示。
三、实验步骤(以伏安法为例)1.确定电流表、电压表的量程,按图连接好电路,并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。2.闭合开关S,接通电路,将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动,从电流表有明显读数开始,记录一组电流表、电压表读数。3.同样的方法,依次记录多组U、I值。
四、数据处理(以伏安法为例)1.公式法:利用依次记录的多组数据,根据欧姆定律列出方程,解得E、r值。2.图像法:把测出的多组U、I 值,在U-I 图中描点画图像,使U-I 图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧,如图所示,由U=E-Ir 可知:
五、误差分析与注意事项(以伏安法为例)1.除去偶然误差外,由于电压表的分流作用会带来系统误差,导致实测的E和r都小于真实值。2.若干电池的路端电压变化不很明显,作图像时,纵轴单位可取得小一些,且纵轴起点可不从零开始。如图所示,此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E,但图线与横轴交点不再是短路电流,内阻要在直线上取较远的两点用
3.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。
一、伏安法测电动势和内阻【例题1】 利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻,要求尽量减小实验误差。
(1)应该选择的实验电路是图中的 [选填“(a)”或“(b)”]。
(2)现有开关和导线若干,以及以下器材:A.电流表(0~0.6 A)B.电流表(0~3 A)C.电压表(0~15 V)D.电压表(0~3 V)E.滑动变阻器(0~10 Ω)F.滑动变阻器(0~500 Ω)实验中电流表应选用 ;电压表应选用 ;滑动变阻器应选用 。(选填相应器材前的字母)
答案:(1)(a) (2)A D E解析:(1)如果用(b)电路,误差来源于电流表的分压,测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分,而电流表内阻与电源内阻很接近,故电源内阻测量误差大。用(a)电路,误差来源于电压表的分流,因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻,故电压表分流很小,测量引起的误差小,故选择(a)电路图。(2)电源电动势为1.5 V,因此电压表量程选择3 V,故选D;为使电流表有较大角度的偏转,需选用最大阻值小的滑动变阻器,故选E。因电流较小电流表选择A。
选择仪器时注意掌握的原则1.安全性原则,即一定要保证仪器的安全,对电表来讲不超量程,对滑动变阻器来讲不能超其额定电流。2.精确性原则,即要保证测量时读数精确,对电表来讲在不超量程的前提下,尽量选用小量程的,对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近。3.方便性原则,此原则主要针对滑动变阻器来讲,在滑动变阻器控制电路时,电路的电压、电流的变化范围要尽可能大,以便获取多组测量值。
二、图像法处理实验数据(伏安法)【例题2】 用电流表和电压表测一节干电池的电动势和内阻,图(a)(b)是给出的两个供选用的电路图。
(1)为了较精确地测定电池的电动势和内阻,实验中应选用 [选填“(a)”或“(b)”]电路。正确选择电路后,请用笔画线代替导线将图(c)中器材连成实验用的电路。 (2)实验时,经测量得出的数据如下表,请在图(d)所示的坐标系中画出U-I图像。利用图像可求出该干电池的电动势和内阻分别为 V、 Ω。
(3)若不作出图像,只选用其中两组U和I的数据,利用公式E=U+Ir列方程求E和r,这样做可能得出误差很大的结果。其中,选用第 组和第 组数据,求出E和r的误差最大。
在测定电源电动势和内阻实验中作图处理数据时,由于干电池内阻较小使得路端电压U的变化也较小,即不会比电动势小很多,由此描点绘图,如图(a)所示,这样图线未布满整个坐标纸,斜率的计算误差大。为作图方便,在画U-I图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,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)。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流I短,不过图线与纵轴的截距仍为电动势,直线斜率的绝对值仍是电源的内阻。如图(b)所示。
答案:(1)(b) 如图(e)所示 (2)如图(f)所示 (3)3 4
解析:(1)电流表与电源的内阻相差不大,图(a)电路测出的是电流表与电源的内阻之和,故误差太大,应选图(b)电路测量。(2)作图像时应使尽可能多的点落在直线上,个别偏离太大的点应舍去。由图线与纵轴的交点可得电动势E=1.45 V,再读出图线与横轴交点的坐标
(3)由图像可以看出第4组数据的点偏离直线最大,应舍去。若选用第3组和第4组数据求E和r,相当于过图中3和4两点作一直线求E和r,而此直线与所画的直线偏离最大,所以选用第3组和第4组数据求得的E和r误差最大。
三、伏阻法和安阻法测电动势和内阻【例题3】 某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:一个满偏电流为100 μA、内阻为2 500 Ω的表头,一个开关,两个电阻箱(0~999.9 Ω)和若干导线。(1)由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表,则应将表头与电阻箱 (选填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为 Ω。
(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量,实验电路如图所示,通过改变电阻R测相应的电流I,且做相关计算后一并记录如下表:
①根据表中数据,图中已描绘出四个点,请将第5、6两组数据也描绘在图中,并画出IR-I图线;
②根据图线可得电池的电动势E是 V,内阻r是 Ω。
答案:(1)并联 5.0 (2)①如图所示
解析:(1)将小量程表头改装成更大量程的电流表,需给表头“并联”一个合适阻值的分流电阻。已知表头的满偏电流Ig=100 μA,表头内阻Rg=2 500 Ω,改装后电流表量程IA=50 mA,设分流电阻为Rx,由IgRg=(IA-Ig)Rx解得Rx=5.0 Ω。(2)①将表中第5、6两组数据描入坐标纸,分析电路并由闭合电路的欧姆定律可得E=I(R+RA+r),变形得IR=-(RA+r)·I+E可知IR-I图像为一条直线,故应用一条直线拟合各数据点。②由上述分析知,IR-I图像的纵轴截距为电池电动势,由题图知E=1.53 V(1.52~1.54 V)题图中直线斜率的绝对值为RA+r,则RA+r=7.0 Ω,所以,电池内阻r=7.0 Ω-RA= 2.0 Ω。
伏阻法测电动势和内阻
【例题4】 一同学测量某干电池的电动势和内阻。(1)下图是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处: ; 。
(2)实验测得的电阻箱阻值R和理想电流表示数I,以及计算出的 数据见下表:
根据表中数据,在图方格纸上作出R- 关系图像。
由图像可计算出该干电池的电动势为 V(结果保留三位有效数字);内阻为 Ω(结果保留两位有效数字)。
答案:(1)开关未断开 电阻箱阻值为零(2)见解析图 1.33(1.30~1.36均可) 1.2(1.0~1.4均可)
解析:(1)在电学实验中,连接电路时应将开关断开,电阻箱的阻值调为最大,确保实验仪器、仪表的安全。(2)根据闭合电路欧姆定律,得E=I(R+r)
描点连线后图像如图所示。
根据图像可知r=1.2 Ω
安阻法测电动势和内阻
1.(伏安法测量电动势与内电阻的注意事项)在用伏安法测电池的电动势与内阻的实验中,下列注意事项错误的是( )A.应选用旧的干电池作为被测电源,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.移动滑动变阻器的滑片时,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-I图线时,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答案:B解析:实验中选用的电压表的内阻应尽可能地大,而电流表的内阻则尽可能地小,故选项B错误;其他三个选项的内容均为正确操作。
2.(伏安法测量电动势与内电阻的器材选择)(多选)在测一节干电池(电动势约为1.5 V,内阻约为2 Ω)的电动势和内阻的实验中,变阻器和电压表各有两个供选,电压表和变阻器应该分别选( )A.电压表量程为15 VB.电压表量程为3 VC.变阻器为(20 Ω,3A)D.变阻器为(500 Ω,0.2 A)答案:BC解析:电动势为1.5 V,而A电压表量程为15 V,若用A则很难精确读数,误差太大,故选B。变阻器电阻比电源的内阻大几倍即可,阻值太大调节会不方便,故D不合适,故变阻器应选C。
3.(伏安法测量电动势与内电阻的误差分析)(多选)用如图所示的电路测量电池电动势和内电阻时,若有两只电压表V1、V2量程相同,内阻分别为Rv1、Rv2,且Rv1>Rv2;两只电流表A1、A2量程相同,内阻分别为RA1、RA2,且RA1>RA2,在实验中,为了使E、r的测量值更精确一些,选择的电表应该是( )A.V1与A1B.V1与A2C.V2与A1D.V2与A2
答案:AB解析:本实验的系统误差主要来源于电压表内阻对电路的影响,电压表内阻越大,电流表所测电流越接近于干路中的电流的真实值,所测电池的内阻也越接近电池内阻的真实值,故电压表选用内阻大的好;而电流表内阻对本实验无影响,因为电流表与R是串联,不需知道R与RA的值,故电流表选用哪一个都可以,故选A、B。
4.(测量电动势与内电阻的实验方案的选择)某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻,他们提出的实验方案中有如下四种器材组合,为使实验结果尽可能准确,最不可取的一组器材是( )A.一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器B.一个伏特表和多个定值电阻C.一个安培表和一个电阻箱D.两个安培表和一个滑动变阻器
解析:由闭合电路欧姆定律可知E=U+Ir,经变形可得U=-rI+E,选项A中可以通过安培表和伏特表的读数得到路端电压和干路电流,从而得到E和r,电路图如图(a)所示,所以选项A可取。
选项B的实验电路图如图(b)所示,应用E=U+ r可以得到E和r,所以选项B可取。
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