人教版必修三12.3 实验：电池电动势和内阻的测量 课件（49张PPT）

(共49张PPT)
12.3 实验：电池电动势和内阻的测量
实验目的：
（1）进一步理解闭合电路欧姆定律，掌握用电压表和电流表测量电源的电动势和内阻的方法。
（2）进一步熟悉电压表、电流表、滑动变阻器的使用、量程选择 。
（3）掌握用图像法求电动势和内阻的方法；理解并掌握路端电压U与干路电流I的关系图像(即U-I 图像)与横、纵坐标轴交点坐标的物理意义以及图像斜率的物理意义。
2、电源电动势与内、外电压关系
1、闭合电路欧姆定律
E
I短
图象在横轴上的截距为短路电流I短
（U=0）
图象斜率的绝对值为电源内阻
（I=0）
I/A
U/V
0
图象在纵轴上的截距为电源的电动势E
由U =E -Ir 可知，U 是I 的一次函数。
知识回顾
电池已成为人类生活的亲密伙伴，生活中处处需要电池，新旧电池的主要不同是什么呢？如果我们想比较下它们的电动势和内阻的关系应该如何设计实验呢？
本节课我们就一起来探讨下电池的电动势和内阻的测量方法。
实验思路
如果只有电流表，你能设计出测量电源电动势和内阻的电路吗？还需要什么器材？
方案一：
方案二：
实验思路
如果只有电压表，你能设计出测量电源电动势和内阻的电路吗？还需要什么器材？
方案三：
物理量测量：以方案一为例
测量数据：
路端电压U
电流
方法一：公式法
改变R的值，从电流表和电压表中读取两组I、U的值，代入方程组联立求解，多测量几次I、U的值，算出E、r取平均值。
实验原理：
方法二:图象法
E
I
r
=
短
r是直线的斜率的绝对值
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。
U
轴截距等于电动势
E
实验器材要求
滑动变阻器：
选用阻值较小的,
最大阻值10～20Ω
电流表：
0～0.6A
开关和导线
电压表：
0～3V
(选择量程接近电源电动势)
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.
实验步骤：——连接电路
注意事项
①先画出电路图，这是连接实物图的依据．
②先连接干路，再连接支路，遵循“先串后并”的原则．
③注意电源的正负极，电表的正负接线柱，电表量程的选择以及滑动变阻器接线柱的合理选用．
④注意连线不能交叉，电键要能够控制电路．
（2）把变阻器的滑动片移到一端使阻值最 ；
（3）闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，
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I和U的值；
（4）断开开关，整理好器材；
（5）数据处理：用原理中的方
法计算或从U－I图象中找出E和r；
（1）确定电流表、电压表的量程，按图所示电路把器材连接好；
4、实验步骤
大
注意事项：——读数方面
电流表0~0.6A的分度值为0.02A，故上表的读数为0.10A
电压表0~3V的分度值为0.1V，需要往后估读一位，故上表的读数为1.40V
实验步骤：——记录数据
注意：实验中不要将I调得过大，
读电表要快，每次读完立即断电，
以免干电池E和r出现明显变化。
实验步骤：——多次测量并记录
数据处理
（1）公式法
改变 R 阻值，从电流表和电压表中读取两组 I、U 值，代入方程组求解，多测几组数据，算出 E、r 取平均值。
方法二:图象法
E
I
r
=
短
r是直线的斜率的绝对值
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。
U
轴截距等于电动势
E
实验数据处理：
U/V 1.40 1.35 1.31 1.28 1.25 1.22
I/A 0.10 0.19 0.26 0.32 0.38 0.44
注意：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。
实验数据处理：——描点连线
如何解决测量数据只分布在坐标系的一小部分区域问题？
调整纵轴起点和比例，使数据大致布满整个坐标区域。
实验数据处理：——想一想？
调整后的直线与坐标轴的交点值是否发生了改变呢？
E=1.45V
实验数据处理：——得出结果
（0.00，1.45）
（0.47，1.20）
ΔU= - 0.25v

ΔI=0.47A

E=1.45V
实验数据处理：——得出结果
(1)偶然误差:主要来源于电压表和电流表的读数,以及作U-I图像时描点不准确.
(2)系统误差:电压表的分 作用使从电流表上读出的数值比流过电源的电流 一些.
实验误差分析：
I真
I测
IV
I真=I测+IV
I真
I测
IV
流
小
E测 E真
r测 r真
<
<
电流表内接法
滑动变阻器+电流表为外电路
电压表应看成内电路的一部分。
如果断开外电路IA=0，通过电源的电流I≠0
。
系统误差是由于电压表的分流。
U测=U外E测r测量值偏小。
误差分析
I真
Iv
A
V
K
E,r
I测
U
I
测量值
×
×
真实值
误差来源：
电压表分流
口诀：分流小人（r）小义（E）
A
V
K
E,r
U外
U测
UA
U
I
测量值
×
×
×
真实值
误差来源：
电流表的分压
口诀：分压高人(r)一（E）等
电流表内接法
电流表外接法
滑动变阻器+电压表为外电路
电流表看作内电路的一部分
如果断开外电路，则IA=0，通过电源的电流I=0
。
系统误差是由于电流表的分压。
r测量结果偏大
U测=E ，所以
E测=E真
小结：
实验原理
实验器材
实验步骤
实验数据处理
实验误差分析
实验注意事项
实验：测定电池的电动势和内阻
实验目的
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),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。
注意事项：——数据处理
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
E
I
r
=
短
方法二：安阻法测电动势和内阻
1、原理：E＝U＋Ir可以写成E＝IR＋Ir。由此可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r。
2、数据处理：
方法一：公式法：
方法二：图象法：
斜率：k=
截距：b=
三、安阻法测电动势和内阻
方法三：伏阻法测电动势和内阻
1、原理：E＝U＋Ir可以写成E＝U＋r。由此可知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r。
2、数据处理：
方法一：公式法：
方法二：图象法：
斜率：k=
截距：b=
四、伏阻法测电动势和内阻
【典例1】利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻,要求尽量减小实验误差.
(1)应该选择的实验电路是图中的　　(选填“甲”或“乙”).
甲
乙
解析: (1)如果用图乙电路,误差来源于电流表的分压作用,测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分,而电流表内阻与电源内阻很接近,故电源内阻测量误差大;用图甲电路,误差来源于电压表的分流作用,因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻,故电压表的分流作用很小,测量引起的误差小,故选择甲电路图.
甲
(2)现有开关和导线若干,以及以下器材:
A.电流表(0~0.6 A)
B.电流表(0~3 A)
C.电压表(0~15 V)
D.电压表(0~3 V)
E.滑动变阻器(0~10 Ω)
F.滑动变阻器(0~500 Ω)
实验中电流表应选用　　　　;电压表应选用　　　　;滑动变阻器应选用　　　　.(选填相应器材前的字母)
解析:(2)电源电动势约为1.5 V,因此电压表量程选择0~3 V,故选D;为使电流表指针有较大角度的偏转,需选用小量程电流表和全阻值小的滑动变阻器,故电流表选A,滑动变阻器选E.
D
A
E
选择仪器的原则？
(1)安全性原则,即一定要保证仪器的安全.对电表来讲不超过量程,对滑动变阻器来讲不能超过其额定电流.
选择仪器的原则
(2)精确性原则,即要保证测量时读数精确.对电表来讲在不超量程的前提下,尽量选用小量程的,对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近.
(3)方便性原则,此原则主要针对滑动变阻器.在滑动变阻器控制电路时,电路的电压、电流的变化范围要尽可能大,以便获取多组测量值.
【典例2】用电流表和电压表测量电源的电动势和内阻,实验原理图及所需器材如图甲、乙所示.
(1)在图乙中用笔画线代替导线将器材按原理图连接成实验电路.
甲
乙
课堂练习：
(2)一位同学记录的6组数据见下表:
I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57
U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05
试根据这些数据在图丙中作出U-I图像,根据图像读出电源的电动势
E=　　　 　V,求出电源内阻r=　　　 　Ω.
丙
E=1.46V
1.46(1.45~1.47均可)
0.71(0.69~0.73均可)
数据分析
序号 1 2 3 4 5 6 7
I/A 0.08 0.14 0.2 0.26 0.32 0.36 0.4
U/V 1.35 1.2 1.05 0.88 0.73 0.71 0.52
多次测量，取平均值
有没有其他更直观的方法？
数据分析
这个交点表示什么意思？
这个交点表示什么意思？
电源的U-I曲线
断路电压：电源电动势
短路电流I短
ΔU
ΔI
或
课堂练习
在测定电源电动势和内阻的实验中，其电路图如图甲所示，R为滑动变阻器。改变滑动变阻器接入电路的阻值，记录其对应的电压和电流，作出U I图线，并将图线两端延长，得到图乙所示的图像。
(1)根据图甲所示的电路测量电源的电动势，其值________(选填“偏大”“偏小”或“准确”)。
(2)电源的电动势E=________V，内阻r=________Ω。
例3: 有一特殊电池，它的电动势约为9 V，内阻约为40 Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50 mA。为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图7甲所示电路进行实验，图中电流表的内阻RA＝5 Ω，R为电阻箱，阻值范围0～999.9 Ω，R0为定值电阻，对电源起保护作用。
(1)本实验中的R0应选_____(填字母)。
A.10 Ω B.50 Ω
C.150 Ω D.500 Ω
(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线，则根据图线可求得该电池的电动势E＝________V，
内阻r＝________Ω。
C
10
45
例2．用伏安法测电池1和电池2的电动势E1 、E2 以及内阻r1和r2．由测得的数据在U—I图上分别它们的图线直线1和直线2，如图所示，由图可以判断：（ ）
A． E1 B． E1 r2
C． E1 >E2 、r1>r2
D． E1 >E2 、r1A
五、典例分析
五、典例分析
例4．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．电池电动势和内电阻的测量值均偏大
B．电池内阻的测量值为3.50Ω
C．外电路发生短路时的电流为0.40A
D．电压表的示数为1.20 V时，电流表
的示数I′=0.20A
D
五、典例分析
例5．用电流表和电压表测定干电池的电动势和内阻的实验中，有两种电路可供选择，若所测干电池内阻校小，为减小内阻测量的误差，实验电路应选择如图甲所示电路，若根据某次实验记录数据画出的U—I图像如图丙所示，下列关于这个图像的说法错误的是（　　）
A．纵轴截距表示待测干电池的电动势，
即E=3.0V
B．横轴截距表示短路电流，即I短=0.6A
C．根据 计算出待测干电池的内阻为1.0Ω
D．甲和乙所示测量电路都测不到内阻的真实值
B
五、典例分析
例6．某同学在实验室利用如图甲所示的电路测量某电源的电动势和内阻。根据实验数据绘出的 图像与如乙图所示的图线类似，其中R为电阻箱读数，U为电压表读数。请根据已学习的电学知识分析出正确的选项（　　）
A．电源的电动势大小为b 、内阻大小为
B．电源的电动势大小为 、内阻大小为
C．电源的电动势大小为 a 、内阻大小为
D．电源的电动势大小为 、内阻大小为
B
【典例4】用图所示的电路测定电源电动势和内阻，已知干电池的电动势约为 1.5 V，内阻约 1 Ω，电压表 ( 0 ─ 3 V , 3 kΩ ) , 电流表 (0 ─ 0.6 A , 1.0 Ω ) , 滑动变阻器有 R1 (10 Ω ，2 A ) 和 R2 ( 100 Ω， 0.1 A ) 各一只。
(1) 实验中滑动变阻器应选用 。
(2) 请用笔画线代替导线连接实验电路。
(3)在实验中测得多组电压和电流值,得到如图丙所示的 U ─ I 图线 , 由图线可较准确求出该电源电动势 E = V ; 内阻 r = Ω 。
1.5
0 0.1 0.2 0.3 0.4
0.9
1.1
1.3
1.2
1.0
0.8
1.4
I/A
U/V
R1
1.50
0.85
A
V
典例分析