3.实验：电池电动势和内阻的测量（培优教学课件）物理人教版2019必修第三册

人教版（2019）必修第三册 3.电池电动势和内阻的测量 导入新课 为什么同一节干电池，用在手电筒里时灯泡亮度会逐渐变暗，用电压表测量其电压也会变小？这背后与电源自身的哪些特性有关？ 学习目标 物理观念 1.明晰能量守恒定律，能阐释其在不同物理过程中的体现。 2.掌握能源的分类，理解能量耗散对能源利用的影响。 科学思维 1.借能量守恒定律分析复杂物理问题，构建能量转化模型。 2.基于能源现状数据，推理能源合理利用与可持续发展策略。 科学探究 1.设计并开展能量转化相关实验，探究能量守恒规律。 2.调查能源利用情况，分析数据并提出改进建议。 科学态度与责任 1.尊重实验事实，严谨对待能量研究，树立正确科学观。 2.关注能源危机，增强节能与环保意识，担当社会责任。 重点难点 重点 1.掌握测量电源电动势和内阻的实验方法，能依据闭合电路欧姆定律，通过实验操作获取数据并计算电动势与内阻。 2.学会运用图像法处理实验数据，从 U-I 图像的斜率、截距准确得出电源电动势和内阻数值 。 难点 1.精准分析实验误差来源，如电流表分压、电压表分流等因素对测量结果的影响，并能提出减小误差的有效措施。​ 2.深入理解电源电动势的物理本质，以及其在电路能量转化过程中的关键作用。 一.实验思路 二. 伏安法 三. 伏阻法 四. 安阻法 五. 课堂小结 六. 练习与应用 七. 提升训练 学习内容 3.电池电动势和内阻的测量 一、实验思路 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 一、实验思路 方案一：电流表，电压表，滑动变阻器 E= U + I r E=I（R+ r） 方案二：电流表，电阻箱 安阻法 伏安法 方案三：电压表，电阻箱 伏阻法 二、伏安法 E：待测电动势 U：路端电压 I：通过电源的电流 r：待测内阻 1.实验原理：闭合电路的欧姆定律：E=U+Ir 测出多组（至少两组）U、I值就可求出E、r 二、伏安法 A V S E, r · · · 电流表外接法 A V S E, r · · · 电流表内接法 2.实验电路 二、伏安法 3.实验步骤 （1）按原理图连接实物图； v A （2）把变阻器的滑片移到一端使其阻值最大； （3）闭合开关,调节变阻器,使电流表的读数有明显示数,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U、I值； （4）断开开关,整理好器材。 二、伏安法 数据处理-公式法 根据测量的多组U、I值计算得到多组E、r 二、伏安法 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 数据处理-图像法 二、伏安法 1.电键闭合前，变阻器滑片应置于阻值最大位置处; 2.使用内阻较大一些的旧电池。在实验中不要将电流调得太大，每次读完数后立即断电，以免使电动势和内阻发生变化。如果使用的是水果电池，它的内阻虽然比较大，但不够稳定，测量前要做好充分的准备，测量尽量迅速。 3.要测出不少于6组 I、U 数据，且变化范围要大一些； 4.画 U-I 图线时，应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去； 注意事项 二、伏安法 5.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的值开始，（但横坐标必须从0开始)但这时图线与横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势E，图线的斜率的绝对值仍为内阻r； 6.画U-I 图线时，坐标轴的单位长度选择要恰当，使作出的图线基本充满整个区域为宜，不能使图线位于某一角上； 7.使用 U-I 图线计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用公式计算出电源的内阻 r。 （1）电压表内阻越大，电压表分流越小，系统误差越小。 （2）电压表内阻已知，可求流过电压表的电流，可消除系统误差。 1.误差来源：电压表分流。路端电压越大，电压表分流越多。U-I图像修正如图所示。 U I O 测量值 真实值 电流表外接法 A V S E, r · · · 2. E测<E真 r测<r真 适用 情况 ①内阻 r很小(干电池) ②滑动变阻器R阻值要小 （3）说明： 方法一：U-I图像修正法① 拓展：伏安法误差分析 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。U-I图像修正如图。 2. A V S E, r · · · 电流表内接法 E测=E真 r测>r真 U I O 测量值 真实值 适用 情况 ①内阻 r很大(水果电池) ②滑动变阻器R阻值要大 （1）电流表内阻越小，电流表分压越小，系统误差越小 （2）电流表内阻已知，可求电流表两端电压，可消除系统误差。 （3）说明： 方法一：U-I图像修正法② 拓展：伏安法误差分析 不考虑电表影响 考虑电表影响 r 测 =r+RA> r E测=E 解得 解得 A V S E, r · · · 方法二：计算法 拓展：伏安法误差分析 r 测 < r E测 <E 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： 电流表外接法 A V S E, r · · · 方法三：等效电源法① 拓展：伏安法误差分析 把电流表和电源等效为一新电源，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 　　 E测 = E 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 A V S E, r · · · 电流表内接法 方法三：等效电源法② 拓展：伏安法误差分析 三、伏阻法 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： V E r S R 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 三、伏阻法 四、安阻法 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) 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) 四、安阻法 五、课堂小结 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) 外小小，小人(r)小义(E) ；内大大，高人(r)一(E)等 练习1.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，电流表的示数为0.30A B 六、练习与应用 练习2.(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 六、练习与应用 练习3.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。由图可知（　　） A．Ea＞Eb，ra＞rb B．Ea＜Eb，ra＜rb C．Ea＝Eb，ra＜rb D．Ea＜Eb，ra＝rb D 六、练习与应用 ba bb x 练习4.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，实验原理如左图所示。 （1）调节电阻箱，示数如中图所示，读得电阻值是______Ω。 （2）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 关系图线，如右图所示。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。      2.3  电源电动势 1.4 0.5 六、练习与应用 练习5.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，设计了如图所示的实验电路图，请完成下列问题： (1)改变电阻箱的阻值，测得多组实验数据绘出如图丙所示的 图线，由右图可得，电源电动势E=_____，内阻r =_____。（均用图中a、b表示） (2)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 。 电压表的分流作用 b b/a 七、提升训练 练习6.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 V2 七、提升训练 100111021000101210101002100010021010010210000012100011121001111210011102 Lavf58.50.100 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$