高二物理备课组主题发言稿
活动时间主持单位：高二物理备课组
发言人：高永华参加人：翟纲要王英常来奇
发言主题：《测定电池的电动势和内阻》教学设计
三维目标：
1.知识与技能
（1）掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。
（2）学会用图象法处理实验数据,认识试验数据的处理方法不同误差的大小不同
2.过程与方法
（1）通过知识回顾和原理讲解，让学生知道测定电源的电动势和内阻的实验原理与方法；
（2）通过实验数据的处理，使学生学会实验数据的处理与实验结果的分析；3.情感态度与价值观
使学生会运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能，养成敢于质疑的习惯、培养严谨求实的态度和不断求索的精神，
教学重点及难点：
掌握实验原理和方法，学会处理实验数据。用图象法处理实验数据，明确图像物理意义。
教学器材：
电流表1只，电压表1只，滑动变阻器1个，开关1个，导线若干，干电池1节，电阻箱。
教学方法：
讲授法、实验法、分组讨论法、归纳法。
教学活动
【知识回顾】
电源的特性有哪些？（电动势、内阻）
闭合电路的欧姆定律的基本内容是什么？表达式如何？
（基本内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。表达式：I=E/(R+r)）
【问题】现在有一个干电池，要想测出其电动势和内电阻，需要什么器材，原理是什么，采用什么样的电路图？
【实验原理】闭合电路的欧姆定律：r
R E
I +=
变式：Ir IR E +=或Ir U E +=或r R
U U E +
= 【实验电路】
（1）用电压表、电流表、可变电阻（如滑动变阻器）测量。如图2.9-1所示：
原理公式：Ir U E +=
（2）用电流表、电阻箱测量。如图2.9-2所示：
Ir IR E += 原理公式：
（3）用电压表、电阻箱测量。如图2.9-3所示：
原理公式：
这几种方法均可测量，今天我们这节课重点讲第一种测量方案。第二、三类比第一种以学生自主讨论、分析、总结。
【实验步骤】
1. 恰当选择实验器材，根据电路图正确连接实验电路；（开始开关应处于断开状态,滑动变阻器阻值调到最大的一端.）
2. 闭合开关，接通电路，调节滑动变阻器滑片的位置，读出电流I 、电压U 的值,重复 5～6 次,列表记录；
3. 断开开关，拆除电路，整理器材；
整理好器材,利用公式法或U-I 图象法处理记录的数据,求出电源的E 和r.
【数据记录】
组别
1
2
3
4
5
6
r
R U
U E +=
【数据处理方法】
1. 公式法：E=U 1+I 1r ，E=U 2+I 2r
2
1122
11
221I I U U r I I U I U I E --=
--=
2. 平均值法：根据公式法求出几组E 和r 的值，算出他们的平均值。（较公式
法误差较小）
n
E E E E
E
n
+???+++=
321
，n
r r r
r r
n
+???+++=
32
1
3. 图像法：本实验为了减小实验误差，一般用图像法处理实验数据，根据数据
绘出U-I 图像。
所得图线延长线与U 轴的交点即为电动势E ，与I 轴的交点即为短路电流I 短图线斜率的绝对值即为电源的内阻r ，即
Ir
U E +
= （要求：使多数点落在直线上，并且分布在直线两侧的数据点的个数要大致相等，这样，可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。） 学生分组讨论第二、三种方法。
课后小结：这节课我们学习了测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。并
学习了用图象法处理实验数据。
板书设计：
实验：测定电池的电动势和内阻
一、实验原理（电路图） 二、实验器材 三、记录表格 四、数据处理
教学反思：
教学中，我发现很多学生一进实验室就很兴奋，把实验当作娱乐活动，对实验目的、步骤等忘得一干二净，拿出器材就盲目的胡乱操作，因此，教师组织学
电流I （A ） 电压U （V ）
生时要让学生分步操作，并分步提问，弄清每步实验是在干什么？研究什么问题？学生实验时，教师一定要严格要求，让学生规范操作，教师要认真巡查，及时纠正错误，对实验能力差的学生予以帮助。许多的反思问题都还需要我们进一步深入探索。但物理教学反思对物理教师的成长作用是显而易见的，是物理教师实现自我发展有效途径，也提高物理教学质量的新的尝试，更会促使物理教师成长为时期研究型、复合型教师。
硅光电池的特性及其应用 一、实验目的 1、初步了解硅光电池机理 2、测量硅光电池开路电动势、短路电流、内阻和光强之间关系 3、在恒定光照下测量光电流、输出功率与负载之间关系 二、实验原理 在P 型半导体上扩散一薄层施主杂质而形成的p-n 结（如右图），由于光照，在A 、B 电极之间出现一定的电动势。在有外电路时，只要光照不停止，就会源源不断地输出电流，这种现象称为光伏效应。 实验表明：当硅光电池外接负载电阻L R ，其输出电压和电流均随L R 变化而变化。只有当L R 取某一定值时输出功率才能达到最大值m P ，即所谓最佳匹配阻值LB L R R ，而LB R 则取决于硅光电池的内阻Ri= SC OC I V ，因此OC V 、SC I 和i R 都是太阳能电池的重要参数。 FF 是表征硅光电池性能优劣的指标，称为填充因子。 FF 越大，硅光电池的转换效率越高。 FF= VocIsc Pm (1) 图b 是硅光电池的等效电路，在一定负载电阻L R 范围内硅光电池可以近似地视为一个电流源PS I 与内阻i R 并联，和一个很小的电极电阻S R 串联的组合。 三、实验内容 图a 开路电动势、短路电流 与光强关系曲线 图b 太阳能电池等效电路
1、测量开路电动势OC V 与光强D I 的关系，将数据记录表1，并绘制并绘制D I ～OC V 曲线。(将功能开关切换到OC V ) 2、短路电流SC I 的测量 将功能开关切换到SC I ，调节DC 0-1V 电源S U 输出，使微安表读数0I 为10.00-18.00μA （建议取10.00μA ）。 在某一光强D I 下，改变可调电阻R ，使流过检流计（G ）的电流G I 为零。此时AB 两点之间和AC 两点之间的电压应相等,即AB V =AC V 。因而I R=00r I ,即短路电流 SC I =I = R r I 0 0 (r 0为微安计内阻，为10K Ω) 测量不同光强下，短路电流SC I 与光强D I 的关系，将数据记入表2，并绘制SC I ～D I 曲线。 测量开路电压OC V 线路图 测量短路电流SC I 线路图
测量电源电动势和内阻2 一、实验目的 会用安阻法或伏阻法测量电源的电动势和内阻，会利用图像求解电动势和内阻 二、实验原理 1、安阻法：用电流表、电阻箱测量。如图1 所示：测出两组或多组I、R值，就能算出 电动势和内阻。原理公式： E= 。 2、伏阻法：用电压表、电阻箱测量。如图2 所示：测出两组或多组U、R值，就能算出 电动势和内阻。原理公式：E= 。 三、实验器材和电路的选择 待测电源、开关、导线、变阻箱、电压表、电流表 四、实验步骤: 1、恰当选择实验器材，按图1或2连好实验仪器。 2、闭合开关S，接通电路，记下此时电流表和电阻箱的示数或电压表与电阻箱的示数。 3、改变电阻箱的阻值，记下各电阻对应的电流表和电压表的示数。 4、断开开关S，拆除电路。 5、分析处理数据，并求出E和r。 五、数据处理 例1、某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E 和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为999.9Ω）、一只电流 表（量程I g＝0.6 A，内阻r g＝0.1 Ω）和若干导线 （1）请根据测定电动势E和内电阻r的要求，设计图中器件的连接 方式，画线把它们连接起来。 （2）实验中该同学得到两组数据R1=5.6Ω，I1=0.25A； R2=3.2Ω，I2=0.42A。利用这两组数据你能否得到电源的电动势和 内阻？ （3）该同学继续实验得到了多组（R，I），并且该同学想用画图像的方式处理数据，为使处 理数据变得简单，该同学想取合适的物理量作为坐标，从而使画出的图像为直线，为了达到 这一目标，则该位同学应分别以什么量作为坐标？请你定性的画出图像。 （4）接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，并作记录。当电 阻箱的阻值R＝2.6 Ω时，其对应的电流表的示数如左下图所示．处理实验数据时，首先计 算出每个电流值I的倒数 1 I；再制作R－ 1 I坐标图，如右下图所示，图中已标注出了（R， 1 I） 的几个与测量对应的坐标点，请你将与左下图实验数据对应的坐标点也标注在右下图上。 （5）在图上把描绘出的坐标点连成图线。 （6）)根据图描绘出的图线可得出这个电池的电动势 E＝________V，内电阻r＝________Ω。 例2、某研究性学习小组采用如图所示的电路测量某干电池的电 动势E和内阻r，R为电阻箱，V为理想电压表，其量程略大 于电池的电动势。实验中通过多次改变电阻箱的阻值R，从电 压表上读出相应的示数U，该小组同学发现U与R不成线性关 系，于是求出了相应的电阻与电压的倒数如下表所示。 回答下列问题： （1）根据表中的数据和实验原理，你认为第______（填序号）组数据是错误的，原因是 _______________________________________________________ （2）为了得到线性关系，你觉得该小组该以什么量作为坐标轴，请定性画出图像。并说出图 像的什么表示电源的电动势和内阻。
实验：测定电池的电动势和内电阻 编稿：张金虎 审稿：代洪 【学习目标】 1．知道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变化的关系。 2．经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法。 3．尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的方法。 4．培养仔细观察，真实记录实验数据等的良好的实验习惯和实事求是的品质。 【要点梳理】 要点一、 实验原理 测定电池的电动势和内阻的基本原理是闭合电路的欧姆定律，但是根据不同的实验器材和闭合电路的欧姆定律的不同表达式，采用的方法是不同的，常用的有以下三种． 1．伏安法测E 和r （1）实验电路如图所示． （2）实验原理 根据闭合电路欧姆定律：E U Ir =+，改变外电路电阻R ，用电流表和电压表测出两组总电流，12I I 、和路端电压12U U 、，即可得到两个欧姆定律方程：11E U I r =+和
22 E U I r =+，解此方程组可得电源的电动势为1221 12 E I I = - ，电源的内阻为 21 12 U U r I I - = - ． 本实验是用电压表和电流表同时测电压和电流，所以称为“伏安法”，但这里的被测对象是电源． 2．电流表和电阻箱法测E 和r （1）实验电路如图所示． （2）实验原理：改变电阻箱的阻值，记录R和I，应用11 22 () () E I R r E I R r =+ ? ? =+ ? ，求出E和r． 3．电压表和电阻箱法测E和r （1）实验电路如图所示．
（2）实验原理：改变电阻箱的阻值，记录R和U，应用 1 1 1 2 2 2 E U r R U E U r R =+ ? ? ? ?=+ ?? ，求出E和r。 要点二、实验方法 1．按照电路图(伏安法)选择所需的实验器材，并确定电流表、电压表的量程，把器材连接好，如图所示，注意应使开关处于断开状态，且使滑动变阻器的滑动片移到阻值最大的一端（图中是最右端）． 2．闭合开关，改变滑片的位置，读出电压表的读数U和电流表的读数，并填入事先绘制好的表格． 3．多次改变滑片的位置，读出对应的多组数据，并一一填入下表中． 实验序号12 3456 A I／ 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I V U／ 1 U 2 U 3 U 4 U 5 U 6 U 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从U I-，图中找出电动势和内电阻． 要点诠释：
测定电源的电动势和内阻 【考纲知识梳理】 一、实验目的 1.测定电池的电动势和内电阻。 二、实验原理 1、如图所示电路，只要改变外电路R 的阻值，测出两组I 、U 的数值，代人方程组： ? ?? ?? ?+=+=222111U r I E U r I E 就可以求出电动势E 和内阻r ．或多测几组I 、U 数据，求出 几组E 、r 值，最后分别算出它们的平均值． 此外还可以用作图法来处理实验数据，求出E 、r 的值．在标坐纸上，I 为横坐标，U 为纵坐标，测出几组U 、I 值，画出U —I 图像，根据闭合电路的欧姆定律U=E —Ir ，可知U 是I 的一次函数，这个图像应该是一条直 线．如图所示，这条直线跟纵轴的交点表示电源电动势，这条直线的斜率的绝对值，即为内阻r 的值。 2、电源的电动势和内阻的实验的技巧 （1）前，变阻器滑片应使变阻器连入的阻值最大；要测出不少于6组I 、U 数据，且变化范围大些，用方程组求解时，1与4、2与5、3与6为一组，分别求出E 、r 的值再求平均值． （2）电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些（选用已使用过一段时间的1号干电池）． （3）I 图线时，要使较多的点落在直线上或使各点均匀落在直线的两侧，个别偏离较大的舍去不予考虑，以减少偶然误差．本实验由于干电池内阻较小，路端电
压U 的变化也较小，这时画U —I 图线时纵轴的刻度可以不从零开始，但这时图线和横轴的交点不再是短路电流． （4）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 ．因此，实验中不要将电流I 调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。 （5）还可以改用一个电阻箱和一个电流表或一个电压表和一个电阻箱来测定． 3、电源的电动势和内阻的误差分析：] （1）读完电表示数没有立即断电，造成E 、r 变化； （2）路存在系统误差，I 真=I 测十I V 未考虑电压表的分流； （3）象法求E 、r 时作图不准确造成的偶然误差． 三、实验器材 待测电池，电压表( 0-3V ),电流表（），滑动变阻器（10Ω），电键，导线。 【要点名师精解】 一、实验步骤 1．电流表用量程，电压表用3V 量程，按电路图连接好电路。 2. 把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。 3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据（I 1、U 1），用同样方法测量几组I 、U 的值。 4. 打开电键，整理好器材。 5．处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。 6、注意事项 （1）电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的
硅光电池特性测试实验报告 系别：电子信息工程系 班级：光电08305班 组长：祝李 组员：贺义贵、何江武、占志武 实验时间：2010年4月2日 指导老师：王凌波 2010.4.6
目录 一、实验目的 二、实验内容 三、实验仪器 四、实验原理 五、注意事项 六、实验步骤 七、实验数据及分析 八、总结
一、实验目的 1、学习掌握硅光电池的工作原理 2、学习掌握硅光电池的基本特性 3、掌握硅光电池基本特性测试方法 4、了解硅光电池的基本应用 二、实验内容 1、硅光电池短路电路测试实验 2、硅光电池开路电压测试实验 3、硅光电池光电特性测试实验 4、硅光电池伏安特性测试实验 5、硅光电池负载特性测试实验 6、硅光电池时间响应测试实验 7、硅光电池光谱特性测试实验 设计实验1：硅光电池光控开关电路设计实验 设计实验2：简易光照度计设计实验 三、实验仪器 1、硅光电池综合实验仪 1个 2、光通路组件 1只 3、光照度计 1台 4、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 5、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 6、三相电源线 1根 7、实验指导书 1本 8、20M 示波器 1台 四、实验原理 1、硅光电池的基本结构 目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。 零偏反偏正偏 图 2-1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区 图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合
{ 关于电源电动势和内阻的几种测量方法及误差分析 黎城一中物理组 一、伏安法 选用一只电压表和一只电流表和滑动变阻器，测出两组U 、I 的值，就能算出电动势和内阻。 1 电流表外接法 原理 如图1-1-1所示电路图，对电路的接法可以这样理解：因为要测电源的内阻，所以对电源来说用的是电流表外接法。处理数据可用计算法和图像法： [ （1）计算法：根据闭合电路欧姆定律Ir U E +=，有： 测测r I U E 11+= 测测r I U E 22+= 可得：122112I I U I U I E --= 测 1 22 1I I U U r --=测 （2）图像法：用描点作图法作U-I 图像，如图1-1-2所示： 图线与纵轴交点坐标为电动势E ，图线与横轴交点坐标为短路电流r E I =短，图线的斜率的大小表示电源内阻I U r ??= 。 》 系统误差分析 由于电压表的分流作用，电流表的示数I 不是流过电源的电流0I ，由电路图可知I <0I 。 【1】计算法：设电压表的内阻为V R ，用真E 表示电动势的真实值，真r 表示内阻的真实值，则方程应修正为：真真r R U I U E V ???? ? ?++=，则有： 图1-1-2 I 短 图1-1-1
r R U I U E V ???? ? ?++=11真 r R U I U E V ???? ??++=22真 解得：测真E R U U I I I U I U E V >----= 21121221 ， 测真r R U U I I U U r V >-- --=2 1122 1 可见电动势和内阻的测量值都小于真实值。 【2】图像修正法：如图1-1-3所示，直线①是根据U 、I 的测量值所作出的U -I 图线，由于 I >，减小系统误差，使得测量结果更接近真实值， 综上所述，采用相对电源电流表外接法，由于电压表的分流导致了系统误差，使得真测E E <， 真测r r <。 2 电流表内接法 原理 · I I 短 ^ 图1-1-3 E 真 E 测
测定电池的电动势和内阻 日期： 年 月 日 实验小组成员： 【实验目的】 1．掌握测定电池电动势和内阻的方法； 2．学会用图象法分析处理实验数据。 【实验原理】 1．如图1所示，当滑动变阻器的阻值改变时，电路中路端电压和电流也随之改变.根据闭合电路欧姆定律，可得方程组： r r 2211I U I U +=+=εε。 由此方程组可求出电源的电动势和内阻 2 11 221I I U I U I --= ε，2112I I U U r --=。 2．以I 为横坐标，U 为纵坐标，用测出的几组U 、I 值画出U -I 图象，将所得的直线延长，则直线跟纵轴的交点即为电源的电动势值，图线斜率的绝对值即为内阻r 的值；也可用直线与横轴的交点I 短与ε求得短 I r ε =。 【实验器材】 干电池1节，电流表1只（型号： ，量程： ），电压表1只（型号： ，量程： ），滑动变阻器1个（额定电流 A ，电阻 Ω），开关1个，导线若干。 【实验步骤】 1．确定电流表、电压表的量程，按电路图连接好电路。 图1 实验电路图
2．将滑动变阻器的阻值调至最大。 3．闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录电流表和电压表的示数。 4．用与步骤3同样的方法测量并记录6-8组U、I值. 5．断开开关，整理好器材。 6．根据测得的数据利用方程求出几组ε、r值，最后算出它们的平均值。 7．根据测得的数据利用U-I图象求得ε、r。 【数据记录】 表1 电池外电压和电流测量数据记录 【数据处理】 1.用方程组求解ε、r 表2 电池的电动势ε和内阻计r算记录表 2.用图象
法求出ε、r（画在下面方框中） 图2 电池的U－I图象 【实验结论】 由U－I图象得：电池的电动势ε= V，r= Ω。 【误差分析】 1．系统误差 以实验电路图1进行原理分析。根据闭合电路欧姆定律：E=U+Ir，本实验电路中电压表的示数是准确的，而电流表的示数比通过电源的实际电流小，所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的。为了减小这个系统误差，滑动变阻器R的阻值应该小一些，所选用的电压表的内阻应该大一些。
关于硅光电池电动势和内阻的讨论 李忠相 翟佑彬 栾丽（重庆市第一中学校 重庆 400030） [摘要] 2009年重庆高考试题以及各种高考模拟试题中经常涉及硅光电池的电动势和内阻，但是各种相关技术资料和文献中又没有硅光电池电动势和内阻的明确概念。本文认为，研究硅光电池内阻时应采用电流源模型而不是高中物理阶段常用的电压源模型，硅光电池的电动势等于其路端电压。高考及高考模拟试题中最好回避硅光电池的电动势和内阻。 [关键词] 硅光电池 电动势 内阻 一、提出问题 [题目]（2009年高考重庆卷，22（2）题，节选）硅 光电池是一种可将光能转换为电能的器件。某同学用图1所示电路探究硅光电池的路端电压U 与总电流I 的关系。图中R 0为已知定值电阻，电压表视为理想电压表。 …… ③实验一：用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U -I 曲线a ，见图2。由此可知电池内阻_______（填“是”或“不是”）常数，短路电流为________mA ，电动势为_________V 。 …… [答案及解析]③不是，0.295(0.293-0.297)， 2.67(2.64-2.70) 对于内阻，由于曲线a 不是直线，所以不是常数；短路电流，即路端电压为0时电流的值，曲线a 在I 轴的截距，可直接读出；电动势，即开路电压，曲线a 在U 轴的截距，可直接读出。 [问题]题目中，内阻具体指什么？在某个具体的工作状态（如图3中P 点所示，图中U 0为开路电压，I S 为短路电流，U 1和I 1分别为工作时的路端电压和干路电流）时，电池的内阻值该怎么计算？ 一种认识是，电池的内阻等于曲线在P 点处切线（图中虚线1）的斜率大小。这种认识对于内阻恒定电源显然成立，因为电源路端电压与干路电流的关系式为 U E Ir =- 但是，当电源内阻r 变化时，对上式左右取微分，为 d d d U I r r I =-- 不难发现，由于电源内阻变化，多出来的一项-I d r ，使曲线斜率d U /d I 的大小不再表示电源内阻。 另一种认识是，内阻应为内电压与干路电流的比值，即 011111U U U E U r I I I --===内 即图中虚线2的斜率大小，这种认识也被其他高考模拟题所采用。但这样计算真的正确吗？ U S 1 U 图3 A 图2
综合设计实验小论文 硅光电池特性研究
摘要:当今世界能源日益短缺，开发太阳能资源成为世界各国能源发展的主要课题。硅光电池可将太阳能转换为电能，实现太阳能的利用。本实验的目的主要是探讨太阳能电池的基本特性，测量太阳能电池下述特性：1、在没有光照时，太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。2、测量太阳能电池在光照时的输出特性并求得它的短路电流( I SC)、开路电压( U OC)、最大输出功率 P m及填充因子 FF，填充因子是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。3、光照效应：（1）测量短路电流 I SC和相对光强度J /J0之间关系，画出 I SC与相对光强J /J0之间的关系图。（2）测量开路电压U OC和相对光强度J /J0之间的关系，画出U OC与相对光强J /J0之间的关系图 关键字:硅光电池 PN结相对光强开路电压短路电流 1 实验原理 目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深入学习硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池的机理。 1.1 PN结的形成及单向导电性 如果采用某种工艺，使一块硅片的一边成为P型半导体，另一边为N型半导体，由于P区有大量空穴（浓度大），而N区的空穴极少（浓度小），因此空穴要从浓度大的P区向浓度小的N区扩散，并与N区的电子复合，在交界面附近的空穴扩散到N区，在交界面附近一侧的P区留下一些带负电的三价杂质离子，形成负空间电荷区。同样，N区的自由电子也要向P区扩散，并与P区的空穴复合，在交界面附近一侧的N区留下一些带正电的五价杂质离子，形成正空间电荷区。这些离子是不能移动的，因而在P型半导体和N型半导体交界面两侧形成一层很薄的空间电荷区，也称为耗尽层，这个空间电荷区就是PN结。正负空间电荷在交界面两侧形成一个电场，称为内电场，其方向从带正电的N区指向带负电的P区，如图1所示。空间电荷区的内电场一个方面对多数载流子的扩散运动起阻挡作用，另一方面对少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）起推动作用，使它们越过空间电荷区进入对方区域。少数载流子在内电场作用下的定向运动称为漂移运动。在一定条
第6讲实验测定电池的电动势和内阻 1．某课题研究小组，选用下列器材测定某型号手机所用锂电池的电动势E和内阻r.(电动势约为4 V，内阻在几欧到几十欧之间) A．电压表V(量程6 V，内阻约为6.0 kΩ) B．电流表A(量程2 mA，内阻约为50 Ω) C．电阻箱R(0～999.9 Ω) D．开关S一只、导线若干 (1)某同学从上述器材中选取了电流表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，你认为可行吗？请说明理由：___________________________________________________________. (2)今用上述器材中的电压表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，请画出实验电路图． (3)根 据(2)中实 验电路测 得的5组 U、R数据，已在图7－6－12中1 U－1 R坐标系中描出了各点，请作出图象．根 据图象求得E＝________ V，r＝________ Ω. 答案：(1)不可行．理由：根据所给数据，电路中电阻箱取最大值，电路中电流大于电流表量程2 mA，故不可行 (2)如右图所示 (3)如下图所示 3.6～3.7 9.5～10.5
2．为了测定电源电动势E的大小、内电阻r和定值电阻R0的阻值，某同学利用DIS设计了如图7－6－13所示的电路．闭合电键S1，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，用电压传感器1、电压传感器2和电流传感器测得数据，并根据测量数据计算机分别描绘了如图7－6－14所示的M、N两条U－I直线．请回答下列问题： (1)根据图7－6－14中的M、N两条直线可知( ) A．直线M是根据电压传感器1和电流传感器的数据画得的 B．直线M是根据电压传感器2和电流传感器的数据画得的 C．直线N是根据电压传感器1和电流传感器的数据画得的 D．直线N是根据电压传感器2和电流传感器的数据画得的 (2)图象中两直线交点处电路中的工作状态是( ) A．滑动变阻器的滑动头P滑到了最左端B．电源的输出功率最大 C．定值电阻R0上消耗的功率为0.5 W D．电源的效率达到最大值 (3)根据图7－6－14可以求得定值电阻R0＝________ Ω，电源电动势E＝________ V，内电阻r＝________ Ω. 答案：(1)BC (2)AC (3)2.0 1.50 1.0 3.(2020·宜昌调研)现有一特殊的电池，其电动势E约为9 V，内阻r在35 Ω～55 Ω范围，最大允许电流为50 mA.为测定这个
测定电源的电动势和阻 【考纲知识梳理】 一、实验目的 1.测定电池的电动势和电阻。 二、实验原理 1、如图所示电路，只要改变外电路R 的阻值，测出两组I 、U 的数值，代人方程组： ??????+=+=222 111U r I E U r I E 就可以求出电动势E 和阻r ．或多测几组I 、U 数据，求出几组E 、r 值，最后分别算出它们的平均值． 此外还可以用作图法来处理实验数据，求出E 、r 的值．在标坐纸上，I 为横坐标，U 为纵坐标，测出几组U 、I 值，画出U —I 图像，根据闭合电路的欧姆定律U=E —Ir ，可知U 是I 的一次函数，这个图像应该是一条直线．如图所示，这条直线跟纵轴的交点表示电源电动势，这条直线的斜率的绝对值，即为阻r 的值。 2、电源的电动势和阻的实验的技巧 （1）前，变阻器滑片应使变阻器连入的阻值最大；要测出不少于6组I 、U 数据，且变化围大些，用方程组求解时，1与4、2与5、3与6为一组，分别求出E 、r 的值再求平均值． （2）电池的路端电压变化明显，电池的阻宜大些（选用已使用过一段时间的1号干电池）． （3）I 图线时，要使较多的点落在直线上或使各点均匀落在直线的两侧，个别偏离较大的舍去不予考虑，以减少偶然误差．本实验由于干电池阻较小，路端电压U 的变化也较小，这时画U —I 图线时纵轴的刻度可以不从零开始，但这时图线和横轴的交点不再是短路电流． （4）在大电流放电时极化现象较严重，电动势E 会明显下降，阻r 会明显增大．故长时间放电不宜超过0．3A ．因此，实验中不要将电流I 调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。 （5）还可以改用一个电阻箱和一个电流表或一个电压表和一个电阻箱来测定．
硅光电池基本特性的研究 太阳能是一种清洁能源、绿色能源，许多国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究和利用。硅光电池是一种典型的太阳能电池，在日光的照射下，可将太阳辐射能直接转换为电能，具有性能稳定，光谱范围宽，频率特性好，转换效率高，能耐高温辐射等一系列优点，是应用极其广泛的一种光电传感器。因此，在普通物理实验中开设硅光电池的特性研究实验，介绍硅光电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。 [实验目的] 1．测量太阳能电池在无光照时的伏安特性曲线； 2.测量太阳能电池在光照时的输出特性，并求其的短路电流I SC、开路电压 U OC、最大FF 3.测量太阳能电池的短路电流I及开路电压U与相对光强J /J0的关系，求出它们的近似函数关系； [实验原理] 1、硅光电池的基本结构 目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。 零偏反偏正偏 图 2-1. 半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区 图2-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合时，由于P型材料空穴多电子少，而N型材料电子多空穴少，结果P 型材料中的空穴向N型材料这边扩散，N型材料中的电子向P型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两侧的P型区出现负电荷，N型区带正电荷，形成一个势垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在PN结两侧形成一个耗尽区，耗尽区的特点是无自由载流子，呈现高阻抗。当PN 结反偏时，外加电场与内电场方向一致，耗尽区在外电场作用下变宽，使势垒加强；当PN结正偏时，外加电场与内电场方向相反，耗尽区在外电场作用下变窄，
2.10实验：测定电池的电动势和内阻 教材分析 “实验：测定电池的电动势和内阻”是人教版高中物理选修3-1第二章第十节的内容，它是闭合电路欧姆定律的深化和实际应用，学生通过本节课的学习，既能巩固电学问题的分析思路，加深对闭合电路欧姆定律的理解，又能激发学生的学习兴趣，培养学生合作、探究、交流能力，具有很重要的实际意义。 教学目标 （一）知识与技能 1、理解测定电源的电动势和内阻的基本原理。 2、掌握利用仪器测量电池电动势和内电阻的方法. 3、用解析法和图象法求解电动势和内阻。 （二）过程与方法 1、体验测定电源的电动势和内阻的探究过程，以及获取数据、分析数据、寻找规律的科学思维方法。 2、学会利用图像处理数据的方法。 （三）情感态度与价值观 使学生理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能，具备敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神，培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高学生对物理学习的动机和兴趣。 重点难点 重点：探究测定电池电动势和内阻的原理和方法，掌握如何进行数据处理和误差分析 难点：如何利用图像得到结论以及实验误差的分析 学情分析 学生已经掌握了闭合电路欧姆定律，并且已经有从电路的内、外电阻来分析电路的意识，但是由于对电学实验接触比较少，对实验电路的选择、设计能力还没有形成，对于电路的分析能力仍需进一步的加强，这也是本实验探究的一个重要任务。另外，对于数据的处理，学生较熟悉的是计算法〔亦称代数法〕，利用图像处理数据的能力的培养是本次实验探究的另一个重要任务。 教学方法 实验法，讲解法、讨论法 课前准备 1．学生的学习准备：预习学案。 2．教师的教学准备：多媒体课件制作，导学案（包括课前预习学案，课内探究学案，课后习题）。 3．教学环境的设计和布置：四人一组，实验教学。 教学过程
1.在“测定电源电动势和内阻”的实验中，某同学根据实验数据，作出了正确的U－I图象，如图2－10－11所示，其中图线斜率绝对值的物理含义是( ) 图2－10－11 A．短路电流 B．电源内阻 C．电源电动势 D．全电路电阻 解析：选B.由闭合电路公式E＝I(R＋r)＝U＋Ir得U＝E－Ir，所以在U－I图象中图线斜率表示电源内阻．故正确答案为B. 2．用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，下列说法中错误的是( ) A．应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表读数变化明显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．使滑动变阻器阻值尽量大一些，测量误差才小 解析：选BD.选用电表时应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表；同时，滑动变阻器的阻值不能太大．如果这样电流较小，电流表读数误差较大，故应选B、D. 3．如图2－10－12所示，是甲、乙、丙三位同学设计的测量电源电
动势和内电阻的电路．电路中R1、R2为已知阻值的电阻．下列说法中正确的是( ) 图2－10－12 A．只有甲同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻 B．只有乙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻 C．只有丙同学设计的电路能测出电源的电动势和内电阻 D．三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻 解析：选D.图甲中可用E＝I1(r＋R1)、E＝I2(r＋R2)求得电源的电动势和内电阻，图乙中可用E＝U1＋U1R1r、E＝U2＋U2R2?r求得电源的电动势和内电阻，而图丙中可用E＝U1＋I1r、E＝U2＋I2r求得电源的电动势和内电阻，故三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻，故D正确． 4．某研究性学习小组利用如图2－10－13所示电路测量某电池的电动势E和内电阻r.由于该电池的内电阻r较小，因此在电路中接入了一阻值为2.00 Ω的定值电阻R0. (1)按照实物连线图在虚线框内画出实验电路图： 图2－10－13 (2)闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读出电压表相应的示数U，并计算出通过电阻箱的电流数值I，为了比较准确地得出实验结论，在坐标纸中画出了如图2－10－14所示的U－I图象，由图象可得：E＝
测电池的电动势和内阻的常用方法和误差分析 公主岭市第一中学 魏景福 2012.11.12 测电池的电动势和内阻的实验是高中物理电学部分的一个重点实验，也是高考的热点实验，笔者就此实验的常见方法（“伏安法”、 “伏阻法”、 “安阻 法”）及误差分析的问题谈一谈个人的观点。 一、用“伏安法”测电池的电动势和内阻 用“伏安法”测电池的电动势和内阻就是用电流表和电压表测电池的电动势和内阻，是通过电流表和电压表测出外电路的电流和路端电压，然后利用闭合电路的欧姆定律求出电池的电动势和内阻。实验要求多测几组I.U 数据,求出几组E.r 值,然后取他们的平均值。还可以用作图法处理，即利用电池的U.I 图象求出E.r 值。 用“伏安法”测电池的电动势和内阻分为电流表“内接”和电流表“外接”两种接法。 实验误差有：1、偶然误差,主要来源于电压表和电流表的读数以及作U-I 图象时描点不很准确；2、系统误差，主要来源于没有考虑电压表的分流和电流表的分压作用。 （一）、电流表内接（相对待测元件——电池） 1、电流表内接时测量原理：如图1所示，电压表.电流表分别测出两组路端电压和总电流的值， 则11U E I r =- ①，22U E I r =- ②， ① - ② 解得 21 12 U U r I I -=- ③， ③带入①解得 1221 12 I U I U E I I -= - ④，
2、系统误差分析：图1电路由于电流表分压使电压表读数（测量值）小于电源的实际路端电压（真实值）。导致实验产生系统误差。 （1）通过理论的推导分析误差： 设电流表的内阻为A R ，电池的电动势和内电阻的真实值分别为0E 和0r 。 则有 1101 A U I R E I r +=- ⑤ 22020A U I R E I r +=- ⑥ ⑤﹣⑥ 得 12 021 A U U r R I I -=-- ⑦ ⑦代入⑤得2112 021 I U I U E I I -= - ⑧ 比较⑦、⑧式和③、④可知 r ＞ 0r ，E ＝0E . 不难看出电流表内接时测得的内电阻偏大，测得的电动势准确。但由于内电阻的相对误差太大，故一般不用此接法。 （2）通过图像的比较分析误差： 由U E Ir =-这一理论公式在坐标系里画出理论线（如图2中的实线），其纵坐标上的截距和斜率的绝对值就是真实值0E 和0r 。用两只表的读数来表示横、纵坐标，由于电流表的分压使电压表的读数小于真实的路端电压，相差A U I R ?=，A R 是一定的，I 越大U ?就越大，I 越小U ?就越小。I ＝0时U ?＝0，所绘制的图线称为实验线（如图2中的虚线）。其纵轴上的截距和图线的斜率的绝对值就电动势和内阻的测量值E 和r ,由图2可见r ＞ 0r ，E ＝0E .
硅光电池特性的研究 一、实验目的 1．掌握PN 结形成原理及其工作机理； 2．掌握硅光电池的工作原理及其工作特性。 二、仪器设备 MD-GD-3型硅光电池特性实验仪； 三、实验原理 1．引言 目前半导体光电探测器在数码摄像﹑ 光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN 结原理﹑光伏电池产生机理。 图1是半导体PN 结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P 型和N 型半导体材料结合时，由于P 型材料空穴多电子少，而N 型材料电子多空穴少，结果P 型材料中的空穴向N 型材料这边扩散，N 型材料中的电子向P 型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两侧的P 型区出现负电荷，N 型区带正电荷，形成一个势垒，由此而产生的内电场将阻止扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在PN 结两侧形成一个耗尽区， 耗尽区的特点是无自由载流子，呈现高阻抗。当PN 结反 偏时，外加电场与内电场方向一致，耗尽区在外电场作用 下变宽，使势垒加强；当PN 结正偏时，外加电场与内电 场方向相反，耗尽区在外电场作用下变窄，势垒削弱，使 载流子扩散运动继续形成电流，此即为PN 结的单向导电 性,电流方向是从P 指向N 。 2．硅光电池的工作原理 硅光电池是一个大面积的光电二极管，它被设计用于 把入射到它表面的光能转化为电能，因此，可用作光电 探测器和光电池，被广泛用于太空和野外便携式仪器等 的能源。 光电池的基本结构如图2，当半导体PN 结处于零偏或反偏时，在它们的结合面耗尽区存在一内电场，硅光电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U 与通过电流I 零偏 反偏 正偏 图 1. 半导体PN 结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区 图 2.光电池结构示意 硅光零偏 图 3.光电池光电信号接
第6讲 实验 测定电池的电动势和内阻 1．某课题研究小组，选用下列器材测定某型号手机所用锂电池的电动势E 和内阻r .(电动势约为4 V ，内阻在几欧到几十欧之间) A ．电压表V(量程6 V ，内阻约为6.0 k Ω) B ．电流表A(量程2 mA ，内阻约为50 Ω) C ．电阻箱R (0～999.9 Ω) D ．开关S 一只、导线若干 (1)某同学从上述器材中选取了电流表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，你认为可行吗？请说明理由：___________________________________________________________. (2)今用上述器材中的电压表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，请画出实验电路图． (3)根据(2)中实验电路测得的5组U 、R 数据，已在图7－6－12中1U －1R 坐标系中描出了各点，请作出图象．根据图象求得E ＝________ V ，r ＝________ Ω. 答案：(1)不可行．理由：根据所给数据，电路中电阻箱取最大值，电路中电流大于电流表量程2 mA ，故不可行 (2)如右图所示 (3)如下图所示 3.6～3.7 9.5～10.5 2．为了测定电源电动势E 的大小、内电阻r 和定值电阻R 0的阻值，某同学利用DIS 设计了如图7－6－13所示的电路．闭合电键S 1，调节滑动变阻器的滑动触头P 向某一方向移动时，用电压传感器1、电压传感器2和电流传感器测得数据，并根据测量数据计算机分别描绘了如图7－6－14所示的M 、N 两条U －I 直线．请回答下列问题：
(1)根据图7－6－14中的M 、N 两条直线可知( ) A ．直线M 是根据电压传感器1和电流传感器的数据画得的 B ．直线M 是根据电压传感器2和电流传感器的数据画得的 C ．直线N 是根据电压传感器1和电流传感器的数据画得的 D ．直线N 是根据电压传感器2和电流传感器的数据画得的 (2)图象中两直线交点处电路中的工作状态是( ) A ．滑动变阻器的滑动头P 滑到了最左端 B ．电源的输出功率最大 C ．定值电阻R 0上消耗的功率为0.5 W D ．电源的效率达到最大值 (3)根据图7－6－14可以求得定值电阻R 0＝________ Ω，电源电动势E ＝________ V ，内电阻r ＝________ Ω. 答案：(1)BC (2)AC (3)2.0 1.50 1.0 3.(2010·宜昌调研)现有一特殊的电池，其电动 势E 约为9 V ，内阻r 在35 Ω～55 Ω范围，最 大允许电流为50 mA.为测定这个电池的电动势和 内阻，某同学利用如图7－6－15甲所示的电路 进行实验．图中电压表的内电阻很大，对电路的 影响可以不计，R 为电阻箱，阻值范围为0～9 999 Ω，R 0是定值电阻． (1)实验室备有的保护电阻R 0有以下几种规格，本实验应选用( ) A ．10 Ω，2.5 W B ．50 Ω，1.0 W C ．150 Ω，1.0 W D ．1 500 Ω，5.0 W (2)该同学接入符合要求的R 0后，闭合开关S ，调整电阻箱的阻值读出电压表的示数U 再改变电阻箱阻值，取得多组数据，作出了如图7－6－15乙所示的图线．则根据该同学所作的图线可知图象的横坐标与纵坐标的比值表示________． (3)根据乙图所作出的图象求得该电池的电动势E 为________ V ，内电阻r 为________ Ω. 解析：(1)当R ＝0时，应该有R 0＋r ≥95×10 －2，即R 0≥145 Ω可保证电路中电流小于最大允许电流，R 0应该选择C ，并且选C 后R 0消耗的最大功率小于1 W. (2)1R 0＋R /1U ＝I ，即回路中的电流． (3)根据U ＝E －Ir ①，
硅光电池特性研究实验 【实验原理】 在p 型硅片上扩散一层极薄的n 型层，形成pn 结，再在该硅片的上下两面各制一个电极(其中光照面的电极成“梳状”，并在整个光照面镀上增透膜，利于光的入射)，这样就构成了硅光电池，如图5.7.1(a)所示。光电池的符号见图5.7.1(b)。 当光照射在硅光电池的光照面上时，若入射光子能量大于硅的能隙时，光子能量将被半导体吸收，产生电子一空穴对。它们在运动中一部分重新复合，其余部分在到达pn 结附近时受pn 结内电场的作用，空穴向p 区迁移，使p 区显示正电性，电子向n 区迁移，使n 区带负电，因此在pn 结上产生电动势。如果在硅光电池两端连接电阻，回路内就形成电流，这是硅光电池发生光电转换的原理。 硅光电池(以下简称光电池)的简化等效电路如图5.7.2所示。 (1)在无光照时，光(生)电流0ph I =，光电池可以简化为二极管如图5.7.3。根据半导体理论，流 经二极管的电流d I 与其两端电压的关系符合以下经验公式 0(1)V d I I I e β==- （5.7.1） 式中：β和0I 是常数。 (2)有光照时，ph I >o ，光电池端电压与电流的关系为
0(1)V d ph ph I I I I e I β=-=-- (5.7.2) 由式(5.7.2)，可以得到以下结论： ①当外电路短路时，短路电流sc ph I I =-，光电流全部流向外电路。 ②当外电路开路时，开路电压1ln 1ph oc o I V I β??= +????即1ln 1sc oc o I V I β??=+????，开路电压oc V 与短路电流sc I 满足对数关系；如果sc I 与光通量(或照度)有线性关系，则oc V 与光通量也满足对数关系。 由于二极管的分流作用，负载电阻愈大，光电池的输出电流愈小，实验可以证明这时输出电压却愈大。因此，在入射光能量不变化的情况下，要从光电池获取最大功率，负载电阻要取恰当的值。 【预习要求】 (1)通过预习，了解硅光电池的工作原理，大致了解实验内容。 (2)写预习报告，按要求在数据记录纸上画好待填表格。 【实验报告要求】 (1) 记录实验过程，包括实验步骤、各种实验现象和数据处理等。 (2)分析各实验结果并要得到结论。可就实验中涉及的、你感兴趣的1～2个问题作较深入讨论。 (3)实验曲线可用计算机绘制(推荐用Excel 软件)，也可手画。 ①用原始数据表5.7.1的数据，画出InI~v 曲线。如果是直线，计算β和O I (利用条件I>>O I )，写出在没有光照情况下光电池的端电压(正向偏压)与电流之间的经验公式，由此可以间接验证经验公式(5.7.1)。 ②利用数据表5.7.2的数据，作出Isc 与光通量?的关系曲线，设?与1/L2的比系数等于1，由曲线得到什么结论? ③根据表5.7.3，画出sc I α-曲线，它是什么曲线? ④根据表5.7.4、5.7.5，在一张图上分别画出光电池输出电压与负载电阻、输出电流与负载电阻的关系曲线，并由此在同一图上得到负载电阻与输出功率的关系；确定光电池的最大输出功率Pm 以及最大输出功率时的负载电阻Re(最佳匹配电阻)。 ⑤利用表5.7.6、5.7.7、5.7.8、5.7.9，在一张图上分别画出上下两片光电池的伏安特性以及它们串、并联后的伏安特性，从四条曲线能得到什么结论? ⑥根据表5.7.10，画出sc I λ-关系图，此图说明什么? 【思考题】 (1)光电流与短路电流有什么关系? (2)对实验中所用滤光片的透射曲线应有什么要求? (3)严格地说，本实验得到的光电池光谱特性并不能准确描述光电池对入射光中各频率分量的响应特性，或者说，这样得到的光谱特性，还包含了其他因素的影响，这些影响因素是什么? (4)通过实验，对光电池总体有什么认识? (5)硅光电池是一种半导体元件，人们在研究半导体元件的外特性时，通常要研究它们的温度