4.2 科学测量：电源的电动势和内阻 课件 (共26张PPT) 高一物理鲁科版（2019）必修三

(共26张PPT)
4.2 科学测量：电源的电动势和内阻
第四章　闭合电路欧姆定律与科学用电
1
知道伏安法测量电源电动势和内阻的实验原理，进一步理解电源路端电压随电流变化的关系。
2
学会根据图像合理外推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办法。
重点
重难点
重点
电源的 U-I 图像
由路端电压U与电流I的关系式U＝E－Ir，可得到路端电压与电流的关系图像(U－I图像)
由图像我们可获取如下信息。
(1)电源的电动势：当外电路断路时，R→∞，I＝0，所以纵轴上的截距表示电源的电动势E。
E
I0
断路
短路
U
I
O
ΔU
ΔI
(3)图线的斜率：其绝对值为电源的内阻，
(2)短路电流：当外电路短路时，R＝0，U＝0，所以横轴的截距表示电源的 。
若纵坐标上的取值不是从零开始，以上三个结论还成立吗？
纵轴上的截距仍然表示电源的电动势E，斜率的绝对值仍然等于电源的内阻。但横轴截距不表示短路电流。
E
I0
断路
短路
U
I
O
ΔU
ΔI
1.(多选)(2023·福建福州市高二期末)某次实验记录数据画出的U－I图像如图所示，下列关于图像的说法正确的是
A.纵轴截距表示待测电源的电动势，即E＝1.45 V
B.横轴截距表示短路电流，即I短＝0.5 A
C.电源的内阻为2.9 Ω
D.电源的内阻为0.5 Ω
√
√
2.(多选)如图所示的图线a、b为两电源的U－I图线，其中两图线交纵轴于一点，两电源的电动势分别用Ea、Eb表示，内阻分别用ra、rb表示。则下列说法正确的是
A.Ea＝Eb、raB.Ea>Eb、raC.若将同一定值电阻分别接在两电源上时，通过电源的电流关系为Ia>Ib
D.若将两电源分别接入电路，当通过电源的电流相等时路端电压的关系
为Ua√
√
测量电源的电动势和内阻
1.实验器材
开关、导线
待测干电池
电压表
电流表
滑动变阻器
2.实验原理与设计
如图所示，通过改变滑动变阻器R的阻值，测出两组U、I值。
根据闭合电路欧姆定律，可得下列方程
E＝U1＋I1r
E＝U2＋I2r
3.实验步骤
(1)电流表用0～0.6 A的量程，电压表用0～3 V的量程，按实验原理图连接好电路。
(2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路中的阻值最大。
(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值。
(4)断开开关，整理好器材。
(5)处理数据，用公式法或图像法求出干电池的电动势和内阻。
4.数据分析
(1)公式法 依次记录的多组数据(一般6组)如表所示：
实验序号 1 2 3 4 5 6
I/A
U/V
分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值作为测量结果。
E＝ ，r＝ 。
(2)图像法
①根据多次测出的U、I值，
作U－I图像；
②将图线两侧延长，纵轴截距的数值就是电源电动势E；
③横轴截距(路端电压U＝0)的数值就是短路电流I短＝ 。
→ U = E – I r
E＝U＋Ir
↓
纵轴截距
→斜率
误差来源： .
测量结果： .
电压表的分流
E测A
V
S
R
电流表外接法
I真
IV
I测
U
I
E测
IA
O
U
E真
I真
IV
(3)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：
5.注意事项
(1)为使电源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(填“较大”或“较小”)的电压表。
(2)实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池因大电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化。
(3)当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像时纵轴起点可不从零开始。纵轴单位可取得小一些。如图所示，此时图线与纵轴交点仍为电源的电动
势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，求内阻时要
在直线上取较远的两点，用r＝ 求出。
(1)伏安法测量电源电动势和内阻还可以有什么样的接法？
还可以用电流表相对于电源内接法测E、r，如图。
(2)两种接法测量误差有何区别？
这种测量方法误差来源于电流表的分压作用，造成E测＝E真，r测>r真。
(3)两种接法怎么选择？
①一般电池的内阻都较小，与电流表的内阻相差不大，而电压表的内阻既远大于电池内阻，又远大于测量电路中的外电阻，所以为了减小误差，实验时最好采用电流表相对于电源外接法。
②若电流表内阻RA已知，则可采取电流表相对于电源内接法，电源与电流表串联部分可看作等效电源，且r真＝r测－RA。
误差来源： .
测量结果： .
电流表的分压
E测=E真，r测>r真
V
S
A
R
电流表内接法
I
E
I
UV
U
I测短
O
U路
I真短
UA
E
UA
UV
3.某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内阻r，所给的器材有：
A.电压表V：0～3 V,0～15 V B.电流表A：0～0.6 A,0～3 A
C.滑动变阻器R1：(20 Ω，1A) D.滑动变阻器R2：(1 000 Ω，0.1 A)
E.开关S和导线若干
(1)实验中电压表应选用的量程为______(选填“0～3V”或“0～15 V”)；电流表应选用的量程为________(选填“0～0.6 A”或“0～3 A”)；滑动变阻器应选用_____(选填R1或R2)。
0～3 V
0～0.6 A
R1
(2)根据实验要求完成图甲中的实物电路图连线。
(3)实验测得的5组数据已在U－I图像中标出，如图乙所示。请你根据数据点位置完成U－I图线，并由图线求出该电池的电动势E＝_____ V，内阻r＝_____ Ω。(结果保留两位有效数字)
1.5
0.50
4.某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5 Ω的保护电阻R0，实验电路如图甲所示。
(1)请按图甲电路原理图把图乙实物电路图利用笔画线代替导线连接起来。
(2)该同学顺利完成实验，测得表中所示的数据，请根据数据在图丙坐标系中作出U－I图像，由图知：电池的电动势为_______，内阻为________。(结果均保留2位有效数字)
I/A 0.10 0.17 0.23 0.30
U/V 1.20 1.00 0.80 0.60
1.5 V
0.52 Ω
(4)实验所得的电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较：E测_____E真，r测_____r真。(均选填“<”“＝”或“>”)
<
<
(3)考虑电表本身电阻对测量结果的影响，造成本实验系统误差的原因是__________________。
电压表的分流作用
基本 电路
误差 分析 ①原因：电压表分流 ②结果：E测①原因：电流表分压
②结果：E测=E真，r测>r真
U-I 斜率
适用 条件 内阻 r很小(干电池、蓄电池) ①内阻 r很大(水果电池)
②题目要求准确测电阻