12.3 实验：电池电动势和内阻的测量 课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十二章 电能 能量守恒定律 第3节 实验：测电源电动势和电阻 02 03 01 主题(二) 安安法测E,r 主题(一) 伏安法测E和r 第3节 实验：测电源电动势和电阻 目录 CONTENTS 主题(三) 安阻法测E和r 04 主题(四) 伏阻法测E和r 新课引入：如何测一个干电池的电动势E和内阻r呢？ 直接在干电池两端接一个电压表测得是什么电压？ 外电压U 外电压：U=E-I总r S E r A V · · · U1=E-I1r U2=E-I2r 得：E＝ r＝ S E r A V · · · 电流表示数是总电流 I总吗？ I U 0 1.实验原理: (2)数据处理: E测 一、伏安法测E和r V A U1 I1 U2 I2 U3 I3 U4 I4 U1=E-I1r U2=E-I2r r1＝ 得:E1＝ U3=E-I3r U4=E-I4r r2＝ 得:E2＝ 则:E＝ r＝ (1)电路设计: S E r A V · · · S E r A V · · · ①内接法 都有系统误差: ②外接法 ①公式法: U=E-Ir ②图像法: k=-r测 2.误差分析: 一、伏安法测E和r S E r A V · · · S E r A V · · · (1)公式法: U=E-Ir U1=E-I1r U2=E-I2r r测＝ 得:E测＝ U1=E-(I1+)r U2=E-(I2+)r r真＝ 得:E真＝ ①内接法: U1=E-I1(RA+r) U2=E-I2(RA+r) r真＝-RA 得:E真＝ ②外接法: E测 E真 r测 r真 E测=E真 r测>r真 < < I测 I真 E测 U0 2.误差分析: 一、伏安法测E和r S E r A V · · · S E r A V · · · (2)图像法: ①内接法: ②外接法: E真 I U 0 I U E测 U真 U测 E真 r测 >r真 E测=E真 r测<r真 E测<E真 (1)公式法: U=E-Ir I0 2.误差分析: 一、伏安法测E和r S E r A V · · · S E r A V · · · (2)图像法: ①内接法: ②外接法: r测 >r真 E测=E真 r测<r真 E测<E真 (1)公式法: U=E-Ir (3)等效法: S E r V · · E测 r测 E测 r测 S E r A 内接势阻都小 外接势等阻大 2.误差分析: 一、伏安法测E和r S E r A V · · · S E r A V · · · (2)图像法: ①内接法: ②外接法: r测 >r真 E测=E真 r测<r真 E测<E真 (1)公式法: U=E-Ir (3)等效法: 内接势阻都小 外接势等阻大 注意: ①外接法测r，相对误差太大， 若知道RA才选用。 ②内接法测r，滑变选择较____电阻 , 小 电压表选择较____电阻 大 电流表 电压表 滑动变阻器 开关、导线及坐标纸、铅笔 (量程接近电源E) (选用阻值小的,最大阻值10Ω左右) 被测电池(干电池) 一、伏安法测E和r 3.实验器材: 4.实验步骤: A V 一、伏安法测E和r 4.实验步骤: ①确定电流电压表的量程，按原理图连接电路； ②把变阻器的滑片移到使阻值最大的一端； ③闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几组I和U的值； ④断开开关整理好器材； I/A 0.2 0.1 0.3 0.4 0.5 * * * * * * ①画直线时应使各个点尽量靠近直线，并尽量分布在直线两侧，对于个别明显的误差点不予考虑。 5.注意事项 1.0 1.5 U/V 0 0.5 思考：干电池的内阻一般较小，图像会出现什么情况？ 一、伏安法测E和r U的变化很小，导致斜率很小，图线比较平坦，很难确定短路电流，测量结果误差较大。 * * * * * * ①画直线时应使各个点尽量靠近直线，并尽量分布在直线两侧，对于个别明显的误差点不予考虑。 5.注意事项 一、伏安法测E和r 思考：干电池的内阻一般较小，图像会出现什么情况？ I/A 0.2 0.1 0.3 0.4 0.5 1.0 1.5 U/V 0 0.5 1.5 I/A U/V 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1.3 1.4 ①画直线时应使各个点尽量靠近直线，并尽量分布在直线两侧，对于个别明显的误差点不予考虑。 5.注意事项 一、伏安法测E和r * * * * * * I/A 0.2 0.1 0.3 0.4 0.5 1.0 1.5 U/V 0 0.5 * * * * * * ②可使纵轴不从零开始，放大纵轴标度，减小测量误差。纵轴交点仍是E，横轴交点不再是I短。 内阻是多少？ 5.注意事项 一、伏安法测E和r 1.5 I/A U/V 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1.3 1.4 * * * * * * I/A 0.2 0.1 0.3 0.4 0.5 1.0 1.5 U/V 0 0.5 * * * * * * ③测干电池电动势和内阻，应选用旧电池， 旧电池内阻较大，电压表示数变化明显 ④用伏安法测电池电动势和内阻，应选用安培表内接法。如只测电动势，可用外接法。 ⑦U=0时的电流才是短路电流 ⑤根据图象求E、r误差较小 ⑥特别要注意有时候图像的纵坐标的起始点不是0，求内阻的一般式应该是r=|ΔU/ΔI |。 5.注意事项 一、伏安法测E和r A V R0 加一定值电阻，电压表示数变化更明显 E测 I U 0 【典例1】某同学采用如图甲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 (选填R1或R2).(2)在乙图中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. V A 图甲 图乙 R1 1.50 图线的斜率k= 0.75 0 0.1 0.2 0.3 0.4 1.5 0.9 1.1 1.3 1.2 1.0 0.8 1.4 I/A U/V r=1.75-RA=0.75 Ω 0.7/0.4=1.75Ω 【典例2】某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1＝1.0 kΩ，电阻R1＝9.0 kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0＝3.0 Ω的电阻。该小组顺通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出I1－I2图象,得到电池的电动势E＝______V，内阻r＝________Ω。 I2/mA 1.0 0.5 1.5 100 U/V 200 300 0 1.40 0.46 二、安安法测E、r A1 S E,r R A2 A1 S E,r R A2 1.原理: I1(R+RA1)=E-(I2+I1)r 2.特点: ①也可将I1变为外电压来处理。这时有误差，等效为伏安法内接 ②若知道A2电阻，采用外接法。 I1=-I2 I2/mA 1.0 0.5 1.5 100 U/V 200 300 0 三、安阻法测E、r 1.电路原理: I= 2.公式法: I1= -RA r测 >r真 E测=E真 I1= I2= 得:E测＝ r测＝ I2= 得:E真＝ r真＝ 三、安阻法测E、r R I 0 R 0 1 I 3.图像法: 1.电路原理: I= = = R+ k= 2.公式法: 4.误差分析: 等效为伏安法外接， 势等阻大 I= = R+ r测 >r真 E测=E真 I= 四、伏阻法测E、r 1.电路原理: U= 2.公式法: U1= U2= r测＝ 得:E测＝ r测<r真 E测<E真 U1= U2= r＝ E＝ 四、伏阻法测E、r 1 R 0 1 U 1.电路原理: 3.图像法: U= = k= U= 2.公式法: r测<r真 E测<E真 U= r测<r真 E测<E真 四、伏阻法测E、r 1 R 0 1 U 1.电路原理: 3.图像法: k= U= 2.公式法: r测<r真 E测<E真 r测<r真 E测<E真 4.误差分析: 等效为伏安法内接， 势阻都小 【典例3】某同学利用一只电流表和一个电阻箱测定电源的电动势和内电阻，使用的器材还有开关一个、导线若干，实验原理如图甲所示。 (1)在图乙的实物图中，已正确连接了部分 电路，请完成其余电路的连接 (2)调节电阻箱，示数 如图丙所示，读得电 阻值是______Ω。 2.3 (3)接通开关，多次改变电阻箱的阻值R，同时读出对应的电流表的示数I，并作记录，画出R-关系图线，如图丁所示。则图线斜率的物理意义是____________；若电流表内阻RA=0.2Ω,由图线求得电源的电动势E＝______V，内阻r＝______Ω。 电源电动势  1.4 0.5 【典例4】为了测量一节干电池的电动势和内阻，某同学在实验室选择合适的器材，设计了如图甲所示的实验电路图，请完成下列问题： (1)请根据图甲所示的电路图，用笔画线替代导线补全图乙的实物图； (2)改变电阻箱的阻值，测得多组实验数据绘出如图丙所示的R-图线，由图丙可得，电源电动势E=______，内阻r=______。（均用图丙中a、b表示） (3)实验误差分为系统误 差和偶然误差，则造成 该实验结果系统误差的 主要原因是___________ ____________________。 b 电压表的分流作用 b/a 测量电动势和内阻 伏安法 安安法 伏伏法 伏阻法 安阻法 E=I（R+r) 课堂小结 【练习1】如图，在“电池电动势和内阻的测量”的实验中，电阻箱接入电路的阻值为R1＝4 Ω时，电压表示数为U1＝1.2 V；电阻箱接入电路的阻值为R2＝2 Ω时，电压表示数为U2＝1 V。则电源的电动势为E＝________ V，电源内电阻为r＝____ Ω。(结果保留两位有效数字) 课堂练习 1.50 1.0 【练习2】如图甲所示为测量一节干电池的电动势和内电阻的实验电路图，根据测得的数据作出了如图乙所示的U-I图线，以下实验结论正确的是（　　） A．电池内阻的测量值为3.50Ω B．电池电动势为1.40V C．外电路发生短路时的电流为0.40A D．电压表的示数为1.20V时，电流表的示数I/=0.3A B 课堂练习 【练习3】(多选)在测电源电动势和内阻的实验中（  ） A．图（2）所示电路内阻测量比图（1）准确 B．图（1）所示电路电动势测量准确 C．图（2）所示电路，电动势测量准确 D．图（1）所示电路，内阻测量值比真实值偏小 CD 课堂练习 【练习4】某同学利用DIS，定值电阻R0、电阻箱R1等实验器材测量电池a的电动势Ea和内阻ra，实验装置如图甲所示，实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R，用电压传感器测得路端电压U，并在计算机上显示出如图乙所示的关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势Eb和内阻rb，得到图乙中的图线b。由图线可知（　　） A．Ea＞Eb，ra＞rb B．Ea＜Eb，ra＜rb C．Ea＝Eb，ra＜rb D．Ea＜Eb，ra＝rb D 课堂练习 【练习5】 有一特殊电池，它的电动势约为9 V，内阻约为40 Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50 mA。为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图7甲所示电路进行实验，图中电流表的内阻RA＝5 Ω，R为电阻箱，阻值范围0～999.9 Ω，R0为定值电阻，对电源起保护作用。 (1)本实验中的R0应选_____(填字母)。 A.10 Ω B.50 Ω C.150 Ω D.500 Ω (2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线，则根据图线可求得该电池的电动势E＝________V， 内阻r＝________Ω。 C 10　 45 课堂练习 【练习6】某学习小组的同学设计了如图所示的电路来测量定值电阻R0的阻值(约为几欧到十几欧)及电源的电动势E和内阻r。 实验器材有：待测电源，待测电阻R0，电流表A(量程为0.6 A，内阻不计)，电阻箱R(0～99.9 Ω)，开关S1和S2，导线若干。 (1)先测电阻R0的阻值。请将学习小组同学的操作补充完整； 先闭合S1和S2，调节电阻箱，读出其示数R1和对应的电流表示数I，然后 ，使电流表的 示数仍为I，读出此时电阻箱的示数R2。则电阻R0的 表达式为R0＝______________。 断开S2，调节电阻箱的阻值　 R1－R2 课堂练习 ①根据图5给定的坐标系并结合以上数据描点作图。 ②利用图象求出该电源的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω(保留两位有效数字)。 6.0　 2.5 (2)同学们通过上述操作，测得电阻R0＝9.5 Ω，继续测电源的电动势E和内阻r。该小组同学的做法是：闭合S1，断开S2，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电流表示数I，如下表数据： 组数 1 2 3 4 5 电阻R/Ω 0 3.0 6.0 12.0 18.0 电流I/A 0.50 0.40 0.33 0.25 0.20 1/I 2.00 2.50 3.03 4.00 5.00 课堂练习 【练习7】某小组为了测量手机锂电池的电动势（约3.7V）与内阻（约0.1Ω），在实验室寻找到了下列器材：电压表V1（量程0～15V）；电压表V2（量程0～3V）；电流表A（量程0～0.6A）；滑动变阻器（阻值范围0～20Ω）；定值电阻R0=2.0Ω、导线、开关若干。 （1）本实验选用的电压表为___________（选“V1”或“V2”）； （2）小组先测得电流表的内阻为5.09Ω， 为了更精确测量电源电动势与内阻， 应该选用的实验电路是图___________ （选“A”或“B”）； B 课堂练习 V2 （3）改变滑动变阻器的滑片位置，获得多组数据，根据数据可以得出该电池的电动势为___________V（保留3位有效数字），内阻为___________Ω（保留2位有效数字） 课堂练习 3.60 0.11 谢 谢 观 看 $$