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3节 实验：电池电动势和内阻的测量 第十二章 人教版 高中物理必修三 新知引入 思考:不能使玩具车工作的“南孚"电池,可以在小收音机上使用，是由于电池的哪个或哪些物理量发生了改变?怎样变化? 电池电动势变小？ 电池内阻变大？ 实验 思考：内电路在电源内部，如何测量电动势和内阻呢？ 温故知新 闭合电路的欧姆定律： 测路端电压、电流 伏安法 测电流、外电路电阻 安阻法 测路端电压、外电路电阻 伏阻法 实验思路 阅读并思考：如何用伏安法测电池的电动势和内阻 改变外电路电阻， 多次测量，减小实验误差 1.实验依据：闭合电路欧姆定律 2.基本方法：伏安法 3.原理图： 改变滑动变阻器的阻值，用电压表和电流表测出每种状态(最少两种)下的U、I值，列出两个方程，即可求出电动势E和内阻r。 一、实验原理 电流表内接法 二、实验器材 被测电池(干电池)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺等。 三、实验步骤 1．确定电流表、电压表的量程，按电路原理图连接器材。 电流表 电压表 滑动变阻器 开关 (选择量程接近电源电动势) 选用阻值较小的,最大阻值10 ~ 20Ω 被测电池 （干电池） 伏安法-实物连接 V S A E，r 2．把变阻器的滑动片移到一端使其接入电路的阻值最大。 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； 实验序号 1 2 3 4 5 6 I/A             U/V             四、数据处理 1.公式法： 根据测量的多组U、I值计算得到多组E、r 为了减小实验偶然误差，利用U、I值多求几组E和r取平均值。 2.图像法： (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。 思考：这条直线与电压及电流坐标轴焦点的物理意义是什么？ 怎样用这些数据得到电源电动势和内阻？ 2.图像法： I短 E U 轴截距等于电动势 E 在坐标纸上以 I 为横坐标，U 为纵坐标，用测出几组的U、I 值画出U-I 图象。 r是直线的斜率的绝对值 短路电流 纵坐标可以不从O开始 (3)如图所示： ①图线与纵轴交点为E。 ②图线与横轴交点为I短＝___。 ③图线的斜率大小表示r＝_____。 五、注意事项 1．器材和量程的选择 (1)电池：为了使路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用内阻较大的旧干电池。 (2)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，滑动变阻器选择阻值较小一点的。电键闭合前，变阻器滑片应置于阻值最大位置处。 2．电路的选择： 伏安法测电源电动势和内阻有两种接法，由于电流表内阻与干电池内阻接近，所以电流表应采用外接法，即甲电路图。对于水果电池，因内阻比较大，选乙电路，其误差来源于Ⓐ的分压E测＝E真，r测＞r真。 六、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U-I图像时描点不准确。 2．系统误差： V S A E，r V S A E，r 电流表内接法 电流表外接法 电流表内接法 (1)误差来源：电压表分流。路端电压越大，电压表分流越多。 IV (2)电压表示数越大，IV越大 ①当电压表示数为零时,IV = 0，IA = I短,短路电流测量值=真实值 ②E测 < E真 ③因为 ，所以 r测 < r真 势阻都小 E真 E测 I真 I测 I U 0 电流表外接法 (1)误差来源：电流表表分压。通过电源的电流越大，电流表分压越多。 (2)电压表示数越大，UA越大 ①E的测量值为真实值 ②I短测 < I短真 ③因为 ，所以 r测 > r真，r测为r真和RA的和，由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的测量误差非常大 势等阻大 I U E真 U真 U测 除非已知RA才选用 UA 实验案例：测量水果电池的电动势和内阻 注意：水果电池的内阻较大，容易测量。但实验时，内阻会发生明显改变。测量应尽量迅速，在内阻发生较大变化之前结束测量。 把电源和电压表看成一个整体，这样测得的就是这个整体的路端电压和通过这个整体的电流，计算出的就是这个整体的电动势和这个整体的内电阻。这个整体的电动势相当于开路时电压表所分得的电压，整体的电阻相当于电源和电压表并联的阻值。即： 1.伏安法-等效电源法 V S A E，r 七、其他方法 把电流表和电源看为等效电源，如图虚线框所示，这个等效电源的内阻r测为r 和 RA 的串联总电阻，也就是测量值，即 　　 等效电源的电动势为电流表和电源串联后的路端电压，也就是测量值，即 V S A E，r 1.伏安法-等效电源法 采用一个电阻箱、一块电压表、一个电键和导线若干, 测量一节使用过的干电池的电动势和内阻 原理： 2.伏阻法 方法二:图象法 误差来源：电压表的分流。电压表内阻已知，可消除系统误差。 E测＜E真 r测＜r真 方法一:公式法 采用一个电阻箱、一块电流表、一个电键和导线若干, 测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。 原理：E=I（R+r) 3.安阻法 误差来源：电流表的分压。电流表内阻已知，可消除系统误差。 E测=E真 r测>r真 方法一:公式法 方法二:图象法 E测=I1(R1+r) E测=I2 (R2+r) 课 堂 小 结 Lavf58.20.100 $$