12.3实验：电源电动势和内电阻的测量课件—高二上学期物理人教版（2019）必修第三册（21张PPT）

第十二章 电能 能量守恒定律
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
【学习目标】
1．知道测量电源电动势和内电阻的实验原理，学会科学处理实验数据的方法：公式法和图像法
2．了解实验中的误差来源，了解用不同方法测量得出结果E和r的误差分析
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
这是常用的电池，你知道怎样测得它的电动势和内阻吗？
本节我们将学习它们的测量方法。
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
【质疑提升1】实验思路
1. 电动势和内阻是电源的重要参量，根据闭合电路欧姆定律，由多种方法可以测定电池的电动势和内阻。请你思考并提出一两种实验设计方案。
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
(上节习题)
E ＝ IR ＋ I r
用电流表和电阻箱来测定电源的电动势E和内阻r。
安阻法
实验思路拓展
E ＝ U ＋ I r
E ＝ U ＋ I r 还可以写成E ＝ U ＋ r
用电压表、电流表加上一个滑动变阻器R，就能测定电源的电动势E和内阻r。
用电压表和电阻箱来测定电源的电动势E和内阻r。
根据闭合电路的欧姆定律，电源电动势 E、内阻 r，与路端电压 U、电流 I 的关系可以写成
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
伏安法
伏阻法
2. 如图所示，电源、滑动电阻器、电键构成闭合电路，当改变滑动电阻器的阻值时，可用电压表测量路端电压U和电流I的多组不同数值，试根据闭合电路欧姆定律：
（1）写出求解电源电动势E、内电阻r的方程：
（2）为解出E、r，至少需要几组数值：
（3）为减小测量带来的偶然误差，可以采取的方法是：
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
E ＝ U ＋ I r
U测量电源的路端电压
I测量干路电流
设计方案中，只测量两组数据，通过联立方程都可解得E和r，运算比较简单，但误差却可能较大。
使用滑动变阻器改变外电路的电阻，进行多次U、I测量。只有多次测量，并对数据进行处理，才能减小误差。通常两种数据分析方法：
为了减小误差，根据多次测量的结果，分别列出若干组联立方程，求出若干组E和r，最后以E的平均值和r的平均值作为实验结果。这种方法的实验结果比只用两组U、I数据求得的结果误差小。
方法一：平均值法
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
｛
从而计算出：
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U
误差比较大的点，舍去
o
I
I
2.图象法:
在画U－I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧．个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑．这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高测量的精度．
电源的伏安特性曲线
图象分析：
O
U
I
U断
ΔU
?
ΔI
?
U=E-Ir
U=-Ir+E
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
（1）纵轴截距数值就是电池电动势E
（2）横轴截距(路端电压U＝0)的数值就是短路电流图线斜率的绝对值等于电池的内阻r
（3）图线斜率的绝对值等于电池的内阻r
I短
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
求出 E和r
3. 误差分析：由实际电表和理想电表的差别，分析如图所示电路，思考下面的问题：
（1）电压表测量的路端电压U、电流表测量的干路电流是否存在系统误差？为什么？
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
电压表测量：电源两端的电压，即路端电压U
电流表测量：电压表非理想表，会分流，电流表测量的不是干路电流。
（2）结合电压表、电流表的测量值和路端电压、干路电流真实值的大小关系，思考：图2中U、I的测量值图线，U、I的真实值图线应怎样？进而分析电动势、内阻的测量值和真实值之间的大小关系？
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
I测
甲
I
Iv
U外
甲图中，“路端电压” 是准确的。但I测小于“干路电流”，是电压表的分流引起的，所以实验有系统误差。
图象法分析实验误差
I测
甲
I
Iv
U外
U
I
测量值
真实值
由U-I图线可知，该实验的测量结果将导致电源的电动势E和内阻r都偏小。
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
甲图中，“路端电压U测” 是准确的。但I测小于“干路电流”，是电压表的分流引起的，所以真正的干路电流应是 。而且，当U测越小时，电流误差越小。如右图。
本电路适合测内阻较小的电池的电动势和内阻。
图3中，I测等于“干路电流”， U测小于“路端电压” ，是电流表的分压引起的，所以实验有系统误差。
图3
U测
UA
U外
I
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
（3） 如果采用图3所示的测量电路，试分析该电路的系统误差？
乙
U测
UA
U外
I
R越小，I越大，电流表的分压作用越大，U测与“路端电压”的差值越大，当外电路开路时，电流表分压为零。
U
I
测量值
真实值
由U-I图线可知，该实验的测量结果将导致电源的内阻r偏大，E测=E真。
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
U真=U测+I测rA。
本电路适合测内阻较大的电池的电动势和内阻。
器材选择：
安培表：0~0.6A
伏特表：0~3V
滑动变阻器：阻值较小的,最大阻值10~20Ω
被测干电池：内阻较大
电键和导线
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
(1)电流表用 0.6 A 量程，电压表用 3 V 量程，按图连接好电路。
(2)把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端。
(3)闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I、U)，用同样方法测量几组 I、U 值，记录在表格中。
(4)断开开关，整理器材。
(5)处理数据，用公式求平均值法或作图法求出电源的电动势和内阻的阻值。
第1组
第2组
第3组
第4组
第5组
第6组
U/V
I/A
实验步骤
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
(1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应大些。
(2) 长时间放电不宜超过0.3 A，短时间放电不宜超过 0.5 A，因此，实验中不要将R调得过小，读电表示数要快，每次读完应立即断电。
(3)测出不少于 6 组 I、U 数据，用方程组求解，要将测出的 I、U 数据中，第 1 和第 4 为一组，第 2和第 5 为一组，第 3 和第 6 为一组，分别解出 E、r 值，再求平均值．
（4）干电池内阻较小时，可使纵坐标不从零开始而是从某一恰当值开始并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小。
注意事项
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
4. 图5中，电源、电阻箱、电压表、电键构成闭合电路，试根据闭合电路欧姆定律分析，该电路是否可以测出电源电动势E和内电阻r？如可以测出，需要测出哪些物理量？其原理式？
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
图5
方法一：两组数据，联立求解
因为R的变化导致U的变化
E ＝ U ＋ r
O
方法二：图象法
1. 图6中，电源、电阻箱、电流表、电键构成闭合电路，试根据闭合电路欧姆定律分析，该电路是否可以测出电源电动势E和内电阻r？如可以测出，需要测出哪些物理量？其原理式？
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
图6
方法二：图象法
因为R的变化导致I的变化
O
R
ΔR
?
E ＝ IR ＋ I r
方法一：两组数据，联立求解
教学目标
E=U +Ir
E=IR +Ir
(U=IR)
E=U外+U内
(I=????????)