10.6 电源电动势和内阻的测量（教学课件）物理沪科版必修第三册

10.6 电源电动势和内阻的测量 第十章 电路及其应用 作者：徐圣钦 微信：894665727 高中物理必修第三册•沪科版 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 深化对电源电动势、内阻物理意义的理解，掌握E=U+Ir的适用条件 02 科学思维 掌握图像法处理实验数据的思维方法，能推导三类实验方案的原理，通过误差分析提升科学论证能力 03 科学探究 能独立完成伏安法测干电池电动势和内阻的操作，会规范记录数据、绘制U-I图像、分析误差来源 04 科学态度与责任 通过水果电池实验体会物理知识的生活化应用，了解动力电池参数测量的工程意义，养成严谨的实验操作习惯 作者：徐圣钦 微信:894665727 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 实验原理推导： 伏安法： 安阻法： 伏阻法： 2. U-I图像数据处理：纵轴截距为电动势E，内阻 3. 操作规范：滑动变阻器初始阻值调至最大、优先选旧干电池测量、水果电池测量需迅速 1. 坐标调整后U-I图像的截距意义辨析 2. 三类实验方案的系统误差分析 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂引入 21世纪以来，电池工艺日新月异，一些实验室在研制柔性纺织电池，它不仅可以提供电能，同时还可以像普通的棉布一样柔韧，未来有望打开可穿戴智能电器和智能布料的大门。我们日常使用的干电池、蓄电池等电源，有两个标志其特性的重要参数——电动势和内阻。那么，电源的电动势和内阻如何测量呢？直接用电压表接在电池两端，测出的就是电动势吗？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 知识点1 实验思路、物理量的测量、数据分析 实验思路、物理量的测量、数据分析 方法一：测量两组U、I数据列方程求解 方法二：测量多组U、I数据，通过图像求解 电动势E 内阻r=— E I0 【议一议】还有没有其他方法？ 作者：徐圣钦 微信:894665727 大家谈 如果有一个电阻箱，同时只有一个电流表或电压表，如何测量电源的电动势与内阻？ 提示： ① 只用电流表（安阻法）：将电流表与电阻箱串联接成闭合电路，由 I = E/(R+r) 可知，改变电阻箱阻值 R，测得多组 (R，I)，即可联立方程解出 E 和 r； ② 只用电压表（伏阻法）：将电压表并联在电阻箱两端，由 E = U + (U/R)·r 可知，改变 R 测得多组 (R，U)，即可解出 E 和 r。 作者：徐圣钦 微信:894665727 学生实验：测量电源的电动势和内阻 实验原理：采用伏安法，根据闭合电路欧姆定律 U = E − Ir，改变外电阻，用电压表和电流表测量不同工作状态下的外电压 U 和电流 I，作出 U-I 图线，由图线截距得 E、斜率得 r。 实验装置：电压表测外电压 U，电流表测通过电源的电流 I；电路中的固定电阻 R 起保护电路的作用，可防止滑动变阻器不慎短路时回路中电流过大而损坏电源及其他设备。 操作要点：按图连接电路，改变滑动变阻器阻值，设计表格记录每组电压和电流值。 数据分析：以 U 为纵轴、I 为横轴作 U-I 图像，图线纵轴截距等于电动势 E，图线斜率的绝对值等于内阻 r。 交流与讨论： ① 本实验中为什么要采用 U-I 图像来处理数据？　② U-I 图像中斜线上的点代表怎样的含义？ ③ 当外电路断开时，外电压为多少？　④ 当电源被短路时，电流是否为无穷大呢？ ⑤ 若一节干电池的电动势约 1.5V、允许通过的最大电流约 0.6A，请确定保护电阻 R 的阻值范围（R ≥ E/I最大 − r，约 2Ω 左右）。 作者：徐圣钦 微信:894665727 知识点2 实验操作 实验操作 干电池1节、 电流表1只、 电压表1只、 滑动变阻器1个、 定值电阻1个、开关1个、 导线若干。 作者：徐圣钦 微信:894665727 实验操作 1.检查电表的指针是否指在“0”刻度线，若不是应进行机械调零。 2.确定电流表、电压表的量程，电流表采用内接法，滑动变阻器采用限流式接法。 3.按照如图电路图连接实物元器件，检查线路，滑动变阻器滑片置于接入电阻最大端（如图置于左端）。 作者：徐圣钦 微信:894665727 实验操作 4.闭合开关，改变滑动变阻器的阻值（10次），读出电流表和电压表的示数，记录数据。 5.拆除电路，整理实验器材放回原位。 6.根据记录数据在坐标纸上作出U-I图像，分析计算得出电源电动势及内阻阻值。 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U/V I/A 实验结论:由U-I图像可知：一节干电池的电动势E=_________； 内阻r=_________。 作者：徐圣钦 微信:894665727 实验操作 断路电压：电源电动势 短路电流I短 ΔU ΔI 或 作者：徐圣钦 微信:894665727 实验操作 这个交点表示什么意思？ 这个交点表示什么意思？ ΔU ΔI 作者：徐圣钦 微信:894665727 实验思路 误差分析：本实验中产生的误差的主要因素有哪些？ 本实验的系统误差来自于电流表的内、外接。 如图甲为电流表内接法，电压测量值正确，电流测量值偏小（来源于电压表的分流作用），测量结果：E测<E真，r测<r真 如图乙为电流表外接法，电流测量值正确，电压测量值偏大（来源于电流表的分压作用），测量结果：E测=E真，r测>r真 作者：徐圣钦 微信:894665727 拓展学习 伏阻法测电动势和内阻 实验思路、物理量的测量、数据分析 电压表+电阻箱 方法一：由，得，测量两组U与R也可以解出E和r。 方法二：图像法 作者：徐圣钦 微信:894665727 拓展学习 安阻法测电动势和内阻 实验思路、物理量的测量、数据分析 电流表+电阻箱 方法一：由，得，测量两组I与R也可以解出E和r。 方法二：图像法 作者：徐圣钦 微信:894665727 电池组（一）：串联电池组 如果一个用电器需要比较高的电压和比较大的电流，一个电池不能符合要求时，往往需要把几个相同的电池连接起来组成电池组。 串联电池组：依次将电池的正极和其他电池的负极相连，就组成了串联电池组。 如果串联电池组由 n 个相同的电池串联而成，且每个电池的电动势均为 E、内阻均为 r，则串联电池组的电动势和内阻为： 　　　　　E串 = nE　　　　r串 = nr 当用电器的额定电压高于单个电池时，可以采用串联电池组供电，但是用电器的最大工作电流必须小于每个电池允许通过的最大电流。 应用举例：家用遥控器内通用两节干电池作为电源；上海浦东机场屋顶太阳能电池板由很多“晶片”连接在一起，许多“太阳能电池板”再连接成“太阳能电池阵”，也是一种电池组。 作者：徐圣钦 微信:894665727 电池组（二）：并联电池组（拓展视野） 把所有电池的正极连接在一起，成为电池组的正极；把所有电池的负极连接在一起，成为电池组的负极，就组成了并联电池组。 如果并联电池组由 n 个相同的电池并联而成，且每个电池的电动势均为 E、内阻均为 r，则并联电池组的电动势和内阻为： 　　　　　E并 = E　　　　r并 = r/n 并联电池组能提供较大的电流，因为每个电池中通过的电流只是总电流的一部分。 所以当用电器的工作电流大于单个电池允许通过的最大电流时，就可以用并联电池组作为电源。 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂小结 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】某同学采用图甲所示的电路图测量一节干电池的电动势和内阻。 (1)实验时，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应处在_____（填“”或“”）端； (2)按照图甲连接实物图乙。 (3)根据实验数据作出的图像如图丙所示，则该电池的电动势_____V，内阻_____Ω（结果均保留2位有效数字）。 【答案】(1)M (2) (3) 1.5 1.2 【考点】滑动变阻器的限流接法、电源的U-I图像、计算电源的电动势和内阻、利用伏安法测量电源的电动势和内阻 作者：徐圣钦 微信:894665727 课堂巩固 【练习】用如图甲所示的电路测量一节蓄电池的电动势和内电阻。蓄电池的电动势约为2V，内电阻很小。除蓄电池、开关、导线外可供使用的实验器材还有： A．电压表（量程3V）； B．电流表（量程0.6A）； C．电流表（量程3A）； D．定值电阻（阻值4Ω，额定功率4W）； E．滑动变阻器R（阻值范围0~20Ω，额定电流1A） (1)电流表应选_______；（填器材前的字母代号）。 (2)定值电阻起_______作用； (3)根据实验数据作出图像（如图乙所示），则蓄电池的电动势_______V，内阻_______Ω。 【答案】(1)B (2)保护电路 (3) 2.10 0.2 【考点】闭合电路欧姆定律的内容及公式、电源的U-I图像、计算电源的电动势和内阻、利用伏安法测量电源的电动势和内阻 作者：徐圣钦 微信:894665727 课后作业 练习与应用 分层作业 作者：徐圣钦 微信:894665727 谢谢聆听 谢谢聆听 $