12.3实验：电池电动势和内阻的测量 课件-2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册(共40张PPT)

(共40张PPT)
电池电动势和内阻的测量
回顾
问题1：电压表直接接在电源两段时，电压表的示数代表什么？
电动势的大小
干电池电动势：1.5V
三个西红柿串联电动势：2.5V
回顾
分别将两个电池与小灯泡进行串联
与干电池串联：小灯泡发光，较亮
亮
回顾
与水果电池串联：小灯泡发光，较暗
暗
分别将两个电池与小灯泡进行串联
回顾
现象：
电动势小的干电池，连入灯泡发光比较亮；
电动势大的水果电池，连入灯泡反而发光较暗。
问题2：产生此现象的原因是什么？结合电路中的电源做出回答。
亮
暗
思考：内电路在电源内部，如何测量电动势和内阻呢？
新 课
电压表直接接在电源两端可以粗测到电动势
当电源内阻较小时，此法可以直接粗测电动势；
当电源内阻较大时，此法不太适合测量电动势。
电压表与电源串联时，形成的是闭合回路
方案1：直接测量法
新 课
根据 可知，若使得电路短路，则有
此方案只能粗测电动势和内阻
（1）外电路的电流表本身有电阻，此时电路中的电流不等于短路电流。
（2）不利于电表和电源的安全
方案1：直接测量法
新 课
方案2：根据 可知，若测得外部电路的电阻和电路总电流，则能计算E和r的大小。
实验器材：电源、开关、导线、滑动变阻器、电流表、电压表
方案2：电流表、电压表测量法（伏安法）
新 课
1、实验方案：（1）电流表测电路电流；（2）电压表测路端电压；
（3）移动滑变改变外电阻，测量多组实验数据（U、I）
2、设计电路：
3、实验操作：闭合电路，调节滑动变阻器，记录相应的U和I
R
V
A
新 课
4、数据处理：（1）公式法：
U1、I1
U2、I2
E=U1+I1r
E=U2+I2r
化简则有：
4、数据处理：（2）图像法：建立U-I坐标系
新 课
某次实验结果的U-I图像
思考
图像与横轴交点代表什么？
图像与纵轴交点代表什么。
图像与横轴交点代表短路电流
图像与纵轴交点代表电动势
4、数据处理：（2）图像法：建立U-I坐标系
新 课
某次实验结果的U-I图像
E = 纵轴截距
r等于直线的斜率的绝对值
新 课
误差分析1
R
V
A
测量值：
误差来源：电压表分流
真实值：
分析结果：E测 < E真 r 测 < r 真
新 课
误差分析1
R
V
A
从图像的角度
I/A
E真
U/V
I短
E测
U
I
I测
真实
测量
新 课
从等效电路的的角度分析误差
将电源与分流的电压表看成内部，等效为电源。
此时将外电路断开，则U示数为E测，此时由于电源内阻，所以E测此时r测为rV与r并联，r测R
V
A
+
-
R
V
A
甲
+
-
E测 r测
新 课
由分析可见，用此种方式测电动势和内阻会出现一定误差。
请你根据误差出现的原因分析，什么情况下，测量误差较小？
误差来源：电压表分流。
则电压表分流越小，则测量误差就越小。
此法适合测量内阻较小的情况，且所测内阻偏小
R
V
A
新 课
设计电路2
R
V
A
还有如图所示电路也可以进行测量
若以此方式连接测量结果有无实验误差？误差发生原因是什么？测量值和真实值有何关系？
新 课
误差分析2
R
V
A
测量值：
误差来源：电流表分压
真实值：
分析结果：E测 = E真 r 测 > r 真
新 课
误差分析2
I/A
E真
U/V
I短
从图像的角度
真实
测量
R
V
A
新 课
从等效电路的的角度分析误差
R
V
A
+
-
V
E测 r测
R
V
+
-
E测 r测
将电源与分压的电流表看成内部，等效为电源。
此时将外电路断开，则U示数为E测，此时E测=E真。
此时r测为rA+r，r测>r真
新 课
由分析可见，用此种方式测电动势和内阻会出现一定误差。
请你根据误差出现的原因分析，什么情况下，测量误差较小？
误差来源：电流表分压。
则电流表分压越小，则测量误差就越小。
此法适合测量内阻较大的情况，且所测内阻偏大
R
V
A
新 课
R
V
A
R
V
A
联想记忆：内测E准r大；外测E小r小
对电源r而言，可视为外接法
对电源r而言，可视为内接法
5、注意事项
（1）为了使得电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用内阻较大的旧电池进行实验
（2）本实验在电键闭合前，变阻器滑片应置于阻值最大位置处
（3）在实验中不要将电流调得太大，读数要快，每次读完数后立即断电，以免使电动势和内阻发生变化
（3）要测出不小于6组Ｉ、Ｕ数据，且变化范围要大一些
新 课
小试牛刀
例：在测电源电动势和内电阻的实验中，已知RA≈0.5Ω， RV≈6kΩ，
（1）若被测电源电动势约6V，内阻约0.5Ω，则应采用 电路；
（2）若被测电源电动势约2V，内阻约100Ω，则应采用 电路
R
V
A
甲
R
V
A
乙
甲（外）
乙（内）
思考：不论使用限流外接法还是内接法都会有一定的误差,综合分析两者的优缺点。
内接法测量电动势没有系统误差,但是内阻测量误差过大;
外接法测量电动势和内阻都有误差,但两个误差都较小。
新 课
伏安法中，实验室一般选取外接法进行实验
创新
思考：若实验室无法同时提供电流表和电压表，在已知器材有电池、开关、导线、电阻箱、电压表（电流表）的情况下，如何设计电路可以测得电池的电动势和内阻？
实验器材1：电池、开关、导线、电阻箱、电流表
电路可建立，如图所示
方案3：电表与电阻箱测量法
创新
实验原理1：外电路为电阻箱，由E=U+Ir可得E=IR+Ir，测出通过电阻箱的电流进行换算，间接得出外电压
实验操作1：连接图示电路，调节电阻箱R，记录对应的I、R值
方案3：电表与电阻箱测量法（安阻法）
R1、I1
R2、I2
E=I1R1+I1r
E=I2R2+I2r
公式法
处理实验数据
创新
方案3：电表与电阻箱测量法（安阻法）
图像法处理实验数据
将测量出的I和R建立关系，观察即可
E=I（R+r）
不好观察I与R的关系
化曲为直
创新
方案3：电表与电阻箱测量法（安阻法）
图像法处理实验数据
可得图像
由图像可见：斜率k=E；纵轴截距代表内电阻r
误差分析
测量值：
误差来源：电流表分压
真实值：
分析结果：E测 = E真 r 测 > r 真
创新
方案3：电表与电阻箱测量法（安阻法）
与内接法分析结果相同
创新
实验器材2：电池、开关、导线、电阻箱、电压表
电路可建立，如图所示
方案3：电表与电阻箱测量法（伏阻法）
创新
实验原理2：外电路为电阻箱，由E=U+Ir可得 ，测出通过电阻箱的电流即可进行换算，间接得出电流
实验操作2：连接图示电路，调节电阻箱R，记录对应的U、R值
方案3：电表与电阻箱测量法（伏阻法）
R1、U1
R2、U2
公式法
处理实验数据
创新
方案3：电表与电阻箱测量法（伏阻法）
图像法处理实验数据
将测量出的U和R建立关系，观察即可
创新
方案3：电表与电阻箱测量法（伏阻法）
图像法处理实验数据
可得图像
误差分析
测量值：
误差来源：电压表分流
真实值：
分析结果：E测 = E真 r 测 > r 真
创新
方案3：电表与电阻箱测量法（伏阻法）
与外接法分析结果相同
小试牛刀
【例题】为了测量由两节干电池组成的电池组的电动势和内电阻，某同学设计了如图（左）实验电路，其中R为电阻箱，R0=5.0Ω为保护电阻。闭合开关调节电阻箱，得到多组相关数据，且建立了如图（右）所示关系图像。已知图像拟合为一条直线，由此图像求得电池组的电动势E和内电阻r分别为多少？
答案：
E=2.9V；r=1.1Ω
创新
方案3：电表与电表测量法（伏伏法）
思考：若实验室器材缺少，在已知器材仅有电池、开关、导线、电压表（电流表）的情况下，如何设计电路可以测得电池的电动势和内阻？
前提：有已知内阻的电表（如已知V1内阻为R0）
实验原理1：外电路仅有电压表，已知V1准确内阻的前提下，可以计算出实际真实电流计算
实验操作1：连接图示电路，开关先打到1，可通过已知RV测出此时的实际电流和电压；开关再次打到2，可以得到第二组数据
创新
方案3：电表与电表测量法（伏伏法）
数据分析：根据已知内阻的电表计算
开关打到1：
开关打到1：
无系统误差
创新
方案3：电表与电表测量法（安安法）
前提：有已知内阻的电表（如给定表头G，已知内阻为Rg）
数据分析：根据已知内阻的电表计算
开关闭合：
无系统误差
小结：测量电动势和内阻