高中物理粵教版（2019）必修第三册 4.3 测量电源的电动势和内阻课件(共21张PPT)

(共21张PPT)
?实验器材
在不同的实验原理中需要的实验器材略有不同，分别如下。
思路1：待测干电池一节，电流表、电压表各一个，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干，坐标纸。
思路2：待测干电池一节，电流表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干。
思路3：待测干电池一节，电压表一个，电阻箱一个，开关一个，导线若干。
?实验步骤
(1)确定电流表、电压表的量程，按图示连接好电路，并将滑动
变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。
(2)闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片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，拆除电路。
(5)以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压、电流值标在坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻。
?数据处理
为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法。
1．公式法
利用依次记录的多组数据(一般6组)，分别记录在表中：
实验序号 1 2 3 4 5 6
I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6
U/V U1 U2 U3 U4 U5 U6
?误差分析
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
主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值
比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些。U越大，电流表的读数
与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U-I坐标系中表示出
来，如图所示，可见E测?注意事项
1．器材及量程的选取
(1)电池：为了使路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的干电池。
(2)电压表的量程：实验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于1.5 V的前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为0～3 V的电压表。
(3)电流表的量程：对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5 A，故电流表的量程选0～0.6 A的。
(4)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，滑动变阻器选择阻值较小一点的。
2．电流大小及电表读数
为防止电池电动势E、内阻r发生变化，实验中I不要过大(应小于0.5 A)，读取电表示数要快，每次读完后应立即断电，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化。
3．作U-I图像时
(1)当路端电压变化不是很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点不从零开始，把纵坐标的比例放大。
(2)画U-I图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧，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，从而提高精确度。
(2)一位同学记录了6组数据并根据这些数据在图中画出了U-I图像，根据图像读出电池的电动势E＝________V，求出电池内阻r＝________Ω。
解析：(1)按照实验原理图将实物图连接起来，如图所示。
答案：(1)见解析图　(2)1.45　0.69
[微点拨]
连接实物电路图的基本方法
(1)先画出实验电路图。
(2)按电路图选择所需的器材，明确电表量程。
(3)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，到开关，再到滑动变阻器等，按顺序以单线连接方式将主电路要串联的元件依次串联起来，然后再将要并联的元件并联到电路中。
(4)注意电源的正、负极，电表的正、负接线柱以及滑动变阻器接线柱的合理选用。
(5)还要注意连线不能交叉，开关要能控制电路。　　　　
[对点训练]
1． (2021·江门期末检测)为了测量一节干电池的电动势和内电阻，某 实
验小组设计了如图甲所示的电路，实验室准备了下列器材供选用：
A．待测干电池一节
B．直流电流表A1(量程0～0.6 A，内阻约为0.1 Ω)
C．直流电流表A2(量程0～3 A，内阻约为0.02 Ω)
D．直流电压表V1(量程0～3 V，内阻约为5 kΩ)
E．直流电压表V2(量程0～15 V，内阻约为25 kΩ)
F．滑动变阻器R1(阻值范围为0～15 Ω，允许最大电流为1 A)
G．滑动变阻器R2(阻值范围为0～1 000 Ω，允许最大电流为2 A)
H．开关 I．导线若干
(1)实验中电压表应选用________；电流表应选用________；滑动变阻器应选用________。(均选填选项前的字母)
(2)实验小组在进行实验时，初始滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上开关S后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表才有读数，于是该组同学分别作出了电压表读数U与x、电流表读数I与x的关系图，如图乙所示，则根据图像可知，电池的电动势为________V，内阻为________Ω。
解析：(1)干电池电动势约为1.5 V，电压表应选V1，由于电路中电流较小，因此电流表应选A1，为方便实验操作，滑动变阻器应选总阻值较小的R1。
(2)根据两图对应的滑动变阻器滑过相同距离时的电压和电流可知：
当I1＝0.20 A时，U1＝1.40 V；
当I2＝0.40 A时，U2＝1.30 V；
根据U＝E－Ir
解得E＝1.5 V，r＝0.5 Ω。
答案：(1)D　B　F　(2)1.50(1.49～1.51均可)　
0．5(0.47～0.53均可)
(二)数据处理和误差分析
[典例2]　在测定一节干电池电动势和内阻的分组实验中，实验1组的同学利用图甲所示电路，选用下列器材进行了规范的实验操作。
A．干电池(内阻小于1.0 Ω)
B．电流表(量程0～0.6 A，内阻rA＝1.0 Ω)
C．电压表(量程0～3 V，内阻约为20 kΩ)
D．滑动变阻器(0～20 Ω，允许最大电流2 A)
E．开关、导线若干
把得到的数据记录后用“○”在图乙所示的U-I图像中描点，在小组互评环节，实验2组的同学在实验器材没有变化的情况下对1组的实验方案进行了改进后再次进行了实验，并把实验数据用“×”也描在图乙所示的U-I图像中，请完成以下对1组实验方案的评价及改进。
(1)从实验原理上来看，用图甲电路进行实验，误差主要来自：________________。
(2)从所得实验数据来看，不足之处是：_____________________________________
______________________________________________________________。
(3)在下面实线框中画出改进方案的电路图。

(4)根据改进后所得的实验数据在图乙中作出U-I图线，由图线得到：E＝________V；r＝________ Ω(保留两位小数)。
解析：(1)从电路图中可知电压表测量的是路端电压，但是由于电压表的分流，导致电流表测量值偏小。
(2)由题图中数据可知，电压表示数在1.24～1.40 V范围内变化，所以路端电压变化范围太小，导致误差过大。
(3)电流表的内阻已知，为了避免电压表的分流，同时增大电压表示数的变化范围，所以采用电流表内接法(相对于电源)，如图所示。
答案：(1)电压表的分流　(2)路端电压变化范围太小　(3)见解析图　(4)见解析图　1.50　0.48
[对点训练]
2．物理学习小组试图利用图甲所示的电路图测量一组旧蓄电池的电动势和内阻。
④从图线求出直线的斜率K和在纵轴上的截距b。
请你回答下列问题(用题给符号K、b表示)：
(1)计算电池的电动势E＝________，内阻r＝________。
(2)根据实验方案发现，电流表内阻对实验精确度有较大影响，如果电流表内阻为rA，则电源内阻的精确值为________。