高中物理人教版（2019）必修第三册 12.3 实验：电池电动势和内阻的测量课件

(共32张PPT)
第三节
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阻的实验原理
2.掌握实验方法，学会根据图像进行数据处理的方法．
3．尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的方法．
重点难点：利用图像法求电源的电动势和内阻；
实验误差分析．
电流表
电阻箱
电压表
电阻箱
也可以用一只电流表和两只定值电阻完成实验
一、实验原理
1、
图像法处理数据
真实值分析
电阻箱
A
0.6
3
-
连接实物示意图
实物图连线问题
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．
连接实物示意图
一只电压表
一只电阻箱
两只定值电阻
图2－5－1
2、
K
2
V
1
图像法处理数据
真实值分析
连接实物示意图
- 3 15
连接实物示意图
V
3．电动势E和内阻r及路端电压U可以写成
E＝U＋Ir，如果能得到U、I两组数据，就能解得电动势和内电阻，用_______和______加上一个滑动变阻器就能测定电源的电动势和内电阻．如图2－5－1甲、乙所示．
电压表
电流表
V
A
V
A
甲 乙
2-5-1
连接实物示意图
乙
二、实验步骤
1.确定电流表、电压表的量程，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为________的一端，打开开关，按实验电路图连接好电路．
2．闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数．
3．同样的方法，依次记录多组U、I值．
4．断开开关S，_____电路．
5．利用_______和_______求出电动势和内阻．
最大值
拆除
公式法
图像法
V
A
V
A
V
A
V
A
2．图像法：根据实验测得的几组数据在坐标系中描点，这些点大致分布在一条直线上，把明显偏离的点舍去，用直尺画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点大致均衡地分布在直线两侧．
特别提醒： 若U轴上的数据不是从零开始的，则图线与I轴的交点就不是短路电流．
U/V
O
I/A
电动势
短路电流
E=______________；r=______________
四、误差分析
1．电流表相对于待测电阻(电源内阻)外接
IV
误差原因：电压表分流
方法一、图像法
IA=I总-IV 即 I真=IA+IV
I真
画出真实值U-I曲线
E测V
A
方法二：等效电源法。
若把图甲中的R和电流表看成外电路，则电压表可看成内电路的一部分，故实测出的是电池和电压表这个整体等效的r和E.
电压表和电池并联，故等效内阻r小于电池内阻r真．
r测＜r真，
外电路断开时，ab两点间电压Uab即等效电动势E，此时电压表构成回路，故Uab＜E真，即E测＜E真
测量值实际上是等效电源的电动势E′和内阻r′，
V
RV
r
U测
I测
理想电压表
内阻无穷大
思考：三种测量的方法的误差是否相同？
K
2
V
乙
E测2．电流表相对于待测电阻(电源内阻)内接
误差产生原因：电流表的分压作用
方法一：图像法
U测+UA=U真 I测=I真
画出真实值图像
E测＝E真，r测＞r真
方法二：等效电源法
若把图甲中的RA看成内电阻的一部分，故实测出的是电池和电流表这个整体的等效电动势E′和内阻r′，r测＝r′＝r真＋RA＞r真，
由电动势等于外电路断路时的路端电压可知，把电路从A、B处断开，E测＝UAB＝E真，所以两图线交于纵轴上的同一点，即电池的电动势处．
E测=E真 R测=RA+r
A
U测
I测
RA+r
理想电流表
内阻为零
思考：三种测量的方法的误差是否相同？
甲图
丙图
E测=E真 r测>r真
注意：1、任一种电路都存在系统误差
2、电源内阻较小，不能采用甲图测量电路，尽管电动势的测量值准确，但内阻的测量误差很大。因此要选用乙图测量电路。
3、因电压表、电流表的读数以及作U-I图线时描点不准确造成的误差是偶然误差．
乙
（3）某研究性学习小组利用右图所示电路测量电池组的电动势E和内阻r。根据实验数据绘出如下图所示的
小试牛刀：
R～1/I图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到
E＝ V，r＝ Ω。
A
R
E r
S
10
3.0
1.0
2.0
–2
0
2
4
6
8
R/Ω
解： E=I(R+r）
R= E/I - r
在R～1/I图线中，
斜率等于电动势的数值，
E=(10+0.9)/3.8=2.9V
截距的绝对值等于内阻的数值,
r=0.9Ω
2.9
0.9
变式．今有一个阻值为10Ω的定值电阻，一个电压表，开关
和导线若干，电压表表盘上有刻度但无刻度值。请设计一个能
测定某电源内阻的实验方案（已知电压表内阻很大，电压表量
程大于电动势，电源内阻约为几欧）。
要求：① 画出实验电路图
② 简要写出完成接线后的实验步骤
③ 写出需测量的量，计算电源内阻的表达式
（1）电路如图所示：
（2）主要步骤：
断开K2、闭合K1，
记下电压表偏转格数N1
闭合K1 、 K2 ，
记下电压表偏转格数N2
（3）电源内阻：
Ω
变式．有两只伏特表V1和V2，量程已知，内阻不知，另有一干电池，它的内阻不能忽略，但大小未知。只有这两只伏特表，电键和连接导线若干，要求通过测量计算出干电池的电动势（已知电动势不超过伏特表的量程）
要求： ① 画出测量时所用的电路图
② 以测量的量为已知量，导出计算电动势的表达式
（1）电路如图所示：
S1
V1
S2
V2
（2）主要步骤：
闭合S1、S2，记下V1的读数U1，
则
由上两式可得：
闭合S1、断开S2，记下V1的读数
V2的读数U2，则
连接实验电路
连接实验电路
连接实验电路
连接实验电路