物理人教版（2019）必修第三册12.3实验：电池电动势和内阻的测量（共19张ppt）

(共19张PPT)
一、上节回溯
1．电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置；
2．电动势：E＝；
3．闭合电路的欧姆定律：I＝ ， E＝ U外＋U内
4．路端电压： U＝E－Ir。
问题引入
　　电动势和内阻都是电源的重要参数。根据闭合电路的欧姆定律，有多种方法可以测定电池的电动势和内阻。请思考并提出一两种实验设计方案。
二、知识讲解——实验思路
实验原理
二、知识讲解——实验思路
　　闭合电路的欧姆定律：E＝U＋Ir
　　通过多次改变滑动变阻器的阻值（外电阻），测出相应的外电压（电压表读数），电流（电流表读数），利用解方程或是作图的方法即可求出电源的电动势和内阻。
E
R
S
A
V
r
二、知识讲解——实验思路
实验原理
　　通过闭合电路的欧姆定律公式变形，还可以设计如下的方案进行实验：
E
R
S
A
r
E＝IR＋Ir
E
R
S
V
r
E＝U＋r
量程为 0～0.6 A 的电流表，量程为 0～3 V 的电压表，滑动变阻器（阻值较小的，一般最大阻值不超过 20 Ω）
实验仪器
二、知识讲解——进行实验
E
R
S
A
V
r
实验步骤
二、知识讲解——进行实验
E
R
S
A
V
r
（1）按照电路图连接好电路；
（2）把滑动变阻器的滑片移到最左端，使其阻值最大；
（3）闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据（I1、U1）。用同样的方法测量几组 I、U 的值；
（4）断开开关，整理好实验器材。
二、知识讲解——进行实验
注意事项
（1）为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表。
（2）干电池在以较大电流放电时，电动势会明显减小，内阻 r 会明显增大，故长时间放电电流不宜超过0.3A，短时间放电电流不宜超过0.5A。因此，实验中不要将 I 调得过大，读数时要快，每次读完应立即断电。
（3）要测出不少于 6 组 U、I 数据，且变化范围要大些。用方程组求解时，建议将第 1 次和第 4 次测出的数据分为一组，第 2 次和第 5 次的分为一组，第 3 次和第 6 次的分为一组，分别解出 E、r 值再取平均值。
二、知识讲解——进行实验
注意事项
（4）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的两侧。个别偏离直线太远的点要舍去。这样可减小偶然误差，从而提高精确度。
（5）当干电池的路端电压变化不是很明显时，纵轴的单位可取得小一些，且纵轴的刻度可不从零开始。
代数法
二、知识讲解——数据分析
解得：
r＝
E＝
E
R
S
A
V
r
图像法
二、知识讲解——数据分析
根据：E＝U＋Ir → U＝－Ir＋E
以 U 为纵坐标、I 为横坐标建立平面直角坐标系：
E
R
S
A
V
r
I
U
O
A
B
电动势 E
短路电流
斜率 k 的绝对值等于 r
纵坐标可以不从零开始
误差分析
二、知识讲解——数据分析
电路1： 电路2：
E
R
S
A
V
r
E
R
S
A
V
r
思考：两个电路有什么不同？为什么实验选用电路 1 ，没有选用另一个？
误差分析
二、知识讲解——数据分析
电路 1：
（1）该电路的误差主要是由于电压表分流造成的；
（2）I真＝I测＋IV ；
（3）从图像上可以看出，该电路测得的电动势和内阻都比真实值要小；
（4）该电路适合测内阻较小的电池的电动势和内阻。
E
R
S
A
V
r
I
U
O
真实值
测量值
电路 2：
（1）该电路的误差主要是由于电流表分压造成的；
（2）U外＝U测＋UA ；
（3）从图像上可以看出，该电路测得的内阻偏大，但是电动势 E真＝E测；
（4）该电路适合测内阻较大的电池的电动势和内阻。
误差分析
二、知识讲解——数据分析
I
U
O
真实值
测量值
E
R
S
A
V
r
1．实验原理
2．实验仪器和步骤
3．数据处理
4．误差分析
三、小 结
四、练 习
1．某同学按图 12.3-1 的电路测量蓄电池的电动势和内阻。他调整滑动变阻器共测得 5 组电流和电压的数据，如表 1 。请作出蓄电池路端电压 U 随电流 I 变化的 U-I 图像，根据 U-I 图像得出蓄电池的电动势和内阻的测量值。
表 1　蓄电池路端电压、电流的各组数据
电流 I/A 1.72 1.35 0.98 0.63 0.34
电压 U/V 1.88 1.92 1.93 1.98 1.99
答：U-I 图像如图所示，E＝2.03 V ，r＝0.08 Ω
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
0
1.7
1.8
1.9
2.0
U/V
I/A
四、练 习
2．某同学按图 12.3-1 的电路测定电池组的电动势和内阻。图 12.3-4 已将实验器材进行了部分连接。
（1）请根据实验原理，将图中的实物电路补充完整。
（2）实验时发现电流表坏了，于是移去电流表，同时用电阻箱替换滑动变阻器。重新连接电路，仍然通过 U-I 图像处理实验数据，获得所测电动势和内阻值。请画出相应的电路图，并说明怎么样得到 U-I 图像中电流 I 的数据。
答：(1)实物连接如右图所示
(2)电路如下图所示。电压表的读数为U，电阻箱的读数为 R，则干路电流 I＝，多测几组数据，仍然可通过 U-I图像完成实验数据的处理。
图 12.3-4
E
R
S
V
r