第2章 7 实验_测量电池的电动势和内阻(课件)-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理必修第三册（教科版2019）

知识点 1 实验设计 7　实验:测量电池的电动势和内阻 知识 清单破 1.实验原理:利用闭合电路欧姆定律来测量电池的电动势和内电阻。 2.实验电路图:实验电路如图所示,改变R的阻值,测出多组U、I的值。   第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 3.实验方法 (1)计算法:利用实验电路测出两组U、I的值,根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程:  ⇒  (2)图像法:由E=U+Ir可得U=-Ir+ E,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作出电源的U-I图像,根据图线的纵轴截距表示电动势、斜率的绝对值 表示内电阻求解。 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 1.实验器材 　　待测电池一节,电流表、电压表各一块,滑动变阻器一个,开关一个,导线若干。 2.实验步骤 (1)电流表选用0~0.6 A的量程、电压表选用0~3 V的量程,按照电路图把器材连接好。 (2)把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。 (3)闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,读出电压表示数U和电流表示数I,并填入 表格中。 (4)多次改变滑片的位置,读出对应的多组U、I数据,并填入表中。 (5)断开开关,整理好器材。 知识点 2 实验过程 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 导师点睛 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,故实验时不要 将I调得过大,读电表示数要快,每次读完后应立即断电。 3.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用直尺将点拟合成一条直线上(剔除个别偏差较大的点),根据图线分析物理量。 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念   a.图线与纵轴交点为E。 b.图线与横轴交点为I短= 。 c.图线的斜率大小表示r,r= 。 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 1.实验时,应选取内阻较小的新干电池还是内阻较大的旧干电池? 2.处理实验数据时,个别偏离图线太远的点能否舍去? 3.实验中画出的U-I图线的横轴截距一定表示短路电流吗? 知识辨析 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 一语破的 1.为使路端电压有明显变化,应选取内阻较大的旧干电池。 2.在画U-I图线时,要使尽可能多的点落在一条直线上或使各点均匀分布在直线两侧,个别偏 离图线太远的点应舍去。 3.若纵轴的刻度不从零开始,图线与纵轴交点的纵坐标仍表示电池的电动势,但图线与横轴交 点的横坐标不再表示短路电流。 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 关键能力 定点破 定点 1 伏安法测电源电动势和内阻的误差分析及注意事项 1.偶然误差 　　引起偶然误差的原因: (1)电表读数视差或电表接线柱接触不良。 (2)每次读完电表示数没有立即断电,而是长时间闭合开关,甚至改变变阻器阻值的全过程中 始终通电,造成电池电动势E减小,内阻r增大。 (3)用图像法求E和r时作图不准确。 2.系统误差 根据E=U+Ir测E、r,其中U是路端电压,I是流过电源的总电流。由于电流表、电压表内阻的 影响,存在系统误差。 (1)采用如图甲所示电路进行实验时,在理论上E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 两端电压。实验中忽略了通过电压表的电流IV,从而形成误差(如图乙中带箭头线段所示),而 且电压表示数越大,IV越大。   　　从图乙中看出: ①当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,因此短路电流的测量值=真实值。 ②E测<E真。 ③因为r测= ,所以r测<r真。 甲   乙 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 (2)如果采用如图丙所示接法,在理论上有E=U+UA+IAr,其中电流表示数IA为准确的电流值,UA 不可知,实验中忽略了电流表两端的电压UA,从而造成误差(如图丁中带箭头线段UA),而且电 流表示数越大,UA越大,当电流表示数为零时,UA=0,电压表示数为准确值,等于E。  丙     丁 　　从图丁中看出:①E测=E真;②I短测<I短真;③因为r= ,所以r测>r真。 3.注意事项 (1)电池:为了使路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已使用过一段时间的1号干电池。 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 (2)电压表的量程:因为实验用的是一节干电池,电压表量程在大于1.5 V的前提下越小越好,因 此实验时电压表一般选用0~3 V的量程。 (3)电流表的量程:对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5 A,故电流表的量程选0~0.6 A的。 (4)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。 (5)电路的选择:若被测电源为干电池,由于电源内阻较小,与电流表内阻接近,故应选用图甲所 示电路;若被测电源为水果电池或其他内阻较大的电源,因其内阻较大,故选择图丙所示电路 测量更为准确。 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 典例1 用图示的电路测量一节蓄电池(电动势约为2 V)的电动势和内阻。蓄电池的内阻非常 小,电路中用了一个保护电阻R0【1】。除蓄电池、滑动变阻器、开关、导线外,可供使用的实 验器材还有:   A.电流表(量程0~0.6 A、0~3 A) B.电压表(量程0~3 V、0~15 V) C.定值电阻(阻值1 Ω) D.定值电阻(阻值10 Ω) 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 (1)电流表应选用的量程是　　 　    ,电压表应选用的量程是　　　    。 (2)定值电阻R0应选用的阻值是　　　    。 (3)某同学按图示电路图进行实验。他调节滑动变阻器共测得5组电流、电压的数据,如表所 示。请作出蓄电池路端电压U随电流I变化的U-I图像【2】,根据图像得出蓄电池的电动势为     　　     V(保留三位有效数字),内阻为　　　     Ω(保留一位有效数字)。 电流表读数 I/A 1.72 1.35 0.98 0.63 0.34 电压表读数 U/V 1.88 1.92 1.93 1.98 1.99 0~0.6 A 0~3 V 1 Ω 2.03(2.01~2.04均可) 0.09(0.08也对) 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念   信息提取    【1】保护电阻R0的作用是防止滑动变阻器接入电路中的电阻过小时电流过大 而损坏器材。 【2】路端电压U随电流I变化的U-I图像的纵轴截距表示电动势,斜率的绝对值表示内阻大 小。 思路点拨    本实验考查伏安法测电源电动势和内阻。选取实验器材时,需要综合考虑,要从 “安全可行、测量精确、便于操作【3】”三个方面入手。用伏安法测电源电动势和内阻时, 由闭合电路欧姆定律E=U+Ir,变形后可得U=E-Ir。作出U-I图像,图像的纵轴截距表示电源电 动势,斜率的绝对值表示内阻。 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)因蓄电池的电动势约为2 V,故电压表量程选0~3 V。若电流表量程选0~3 A,为了减 小误差,电表指针应达到满偏的 及以上,电流需在1 A以上,这样,电路总电阻应在R= =  Ω =2 Ω以下,变化范围太小,不利于滑动变阻器操作,所以电流表量程应选0~0.6 A(由【3】得 到)。 (2)若定值电阻R0选用的阻值为10 Ω,则电路中电流最大约为I= =  A=0.2 A,电流值不到电 流表小量程的 ,不利于精确读数,故定值电阻选用的阻值为1 Ω(由【3】得到)。 (3)纵坐标不从0开始,可提高图线精度。描出5个点后,用一条直线来“拟合”坐标系中描出 的点。由图线与纵轴的交点可知E=2.03 V,即蓄电池的电动势为2.03 V,r= =  Ω =0.09 Ω,故内阻约为0.09 Ω(由【2】得到)。 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 答案    (1)0~0.6 A    0~3 V    (2)1 Ω     (3)如图所示    2.03(2.01~2.04均可)    0.09(0.08也对)   第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 定点 2 测电源电动势和内阻的其他常用方法 安 阻 法 用一个电流表和电阻箱测量,电路如图所示   数据处理: (1)公式法:测出两组电阻箱的不同阻值及对应电流,由闭合电路欧姆定律得E=I1(R1+r),E=I2(R2+r),由此可求出 E=  ,r=  (2)图像法:由闭合电路欧姆定律有E=I(R+r),其中E和r为常量,I和R为变量,变形得 =  + R,则 与 R的关系图线是一条如图所示的直线,直线在纵轴的截距为b,斜率为k,则有E= ,r=    实验误差:①此种方法使测得的电动势无偏差,内阻偏大 ②若已知电流表A的阻值可消除测量内阻的系统误差 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 伏 阻 法 用一个量程合适的电压表和电阻箱测量,电路如图所示   数据处理: (1)公式法:测出两组电阻箱的不同阻值及其对应电压,由闭合电路欧姆定律有E=U1+ r, E=U2+ r,由此可求出E= ,r=   (2)图像法:由闭合电路欧姆定律可得E=U+  r,其中E和r为常量,U和R为变量,变形得  = + · ,可见 - 图线为一条直线,如图所示,直线的斜率k= ,纵轴截距 b= ,由此解得E= ,r=   实验误差:此种方法测得的电动势和内阻均偏小 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 安 安 法 用电流表G(内阻为Rg)和电流表A、滑动变阻器R、定值电阻R0测量,电路如图   数据处理: 把内阻已知的电流表G和定值电阻R0串联改装成一个电压表,分别测两组电流表G和A的 读数,由闭合电路欧姆定律可得E=IG1(R0+Rg)+(IA1+IG1)r,E=IG2(R0+Rg)+(IA2+IG2)r,由此可求出 E=  , r=  第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 伏 伏 法 用两个电压表V1、V2和滑动变阻器R、定值电阻R0测量,电路如图   数据处理:把其中一个电压表和定值电阻R0并联改装成一个电流表,读出两组两个电压 表的示数,由闭合电路欧姆定律可得E=U2+ (r+R0),E=U2‘+ (r+R0),由此可求出E= ,r=  第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 等 效 电 源 法 条件:当电源内阻r过小时,如果直接测量,测出电源的内阻误差较大 解决方法:用一个适当的定值电阻R0与电源串联,并把它们看成一个等效电源,这个等效电源的内阻r0=R0+r,其中r是被测电源的内阻,测出这个等效电源的内阻r0,则被测电源的内阻r=r0-R0   第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 典例2 有一特殊电池,它的电动势约为9 V【1】,内阻约为40 Ω,已知该电池允许输出的最大电流 为50 mA【2】。为了测定这个电池的电动势和内阻,某同学利用如图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【3】,阻值范围为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　　　    。 甲 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。 乙 C 10  45 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 信息提取    【1】【2】已知电源电动势和允许通过的最大电流,可求出电路中的最小电阻; 【3】图中有电流表和电阻箱,利用安阻法求电源电动势和内阻。 思路点拨    根据闭合电路欧姆定律结合题中电路,推导出 -(R+R0)关系式,再结合图线的斜 率、截距求解电源电动势和内阻。 解析    (1)当电阻箱接入电路的阻值为0时,电路中的电流不能超过50 mA,可知电路中电阻的 最小值约为  Ω=180 Ω(由【1】【2】得到),除去电源内阻、电流表的内阻,可知C选项最 合适。 (2)由闭合电路欧姆定律可得I(R0+R+RA)=E-Ir,变形得 = + ,可知 -(R+R0)图线的 斜率等于 ,纵轴截距为 ,结合题图可得E=10 V,r=45 Ω。 第二章 电路及其应用 第1讲　描述运动的基本概念 $$