4.3 测量电源的电动势与内阻 课件(共39张PPT)

(共39张PPT)
第四章 闭合电路
粤教版 必修三
第三节 测量电源的电动势和内阻
新课导入
第一次用的是一节新电池给小灯泡供电，第二次是用一个旧电池供电。
1
2
现象：旧电池供电时小灯泡亮度暗了很多
内阻变化导致的，新电池内阻很小，旧电池内阻却很大。可见我们使用电源的时候，不仅要关注它的电动势，也要关注其内阻。
如何通过实验测量电池电动势和内阻呢？
U=E-Ir → I=0 → U断=E
实验方案设计
能否直接将电压表连接到电池两端测量电池电动势？误差如何？
U=E-Ir → I≠0 → U＜E
r 较小
粗测(U≈E)
r 较大
不适用
如何精确测量？
通过改变电流（滑动变阻器的阻值），测出两组外电压、电流，联立方程求解得电动势E和内阻r。
实验方案设计
干电池(电动势约为1.5V)、开关、导线
滑动变阻器(10Ω)、电压表(0-3V)、电流表(0-0.6A)
实验器材：
A
V
S
E, r
·
·
·
电流表外接法
A
V
S
E, r
·
·
·
电路设计
注意：这里“外接法”是相对于电源来说的，而不是滑动变阻器。
电流表内接法
实验方案设计
干电池(电动势约为3V)、开关、导线
滑动变阻器(10Ω)、电压表(0-3V)、电流表(0-0.6A)
实验器材：
实验步骤：
（1）根据原理图连接实物
注意电表量程及滑动变阻器滑片位置
（2）闭合开关，调节滑动变阻器，读取并记录多组电流表、电压表的示数I、U
（3）断开开关，整理器材
（4）处理数据，得出结论
记录数据时断开开关
实验方案设计
在上述方法的基础上,如何减小因测量所带来的偶然误差呢？
多组数据取平均！
E=U2+I2r
E=U1+I1r
(U3 I3)
(U4 I4)
(U5 I5)
(U6 I6)
(U1 I1)
(U2 I2)
多组数据取平均的方法，误差减小了，但处理起来比较复杂。在上述方法的基础上，有没有更简便、直观的方法呢？
实验方案设计
E=U2+I2r
E=U1+I1r
E=U4+I4r
E=U3+I3r
E=U6+I6r
E=U5+I5r
多组数据取平均的方法，误差减小了，但处理起来比较复杂。在上述方法的基础上，有没有更简便、直观的方法呢？
实验方案设计
图像法
误差减小了，处理起来比较简便、直观
进行实验与数据处理
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。
I/A
U/V
进行实验与数据处理
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。
I/A 0.092 0.110 0.130 0.160 0.190 0.220
U/V 1.35 1.33 1.30 1.27 1.25 1.24
实验数据处理
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。
调整后的直线与纵坐标轴的交点值是否发生了改变？直线斜率是否发生改变？
电压差值所对应的电流差值并没发生变化，所以斜率并没有改变
纵轴交点值不变
横轴交点不再是短路电流值了，故不能用纵轴交点值与横轴交点值之比求解电池的内阻
E=1.45V
E=1.45V
误差分析
如何从测量的U-I图像进行修正得到真实的U-I图像？
（1）电压表内阻越大，电压表分流越小，系统误差越小。
（2）电压表内阻已知，可求流过电压表的电流，可消除系统误差。
1.误差来源：电压表分流。路端电压越大，电压表分流越多。U-I图像修正如图所示。
U
I
O
测量值
真实值
电流表外接法
A
V
S
E, r
·
·
·
2.
E测适用 情况 ①内阻 r很小(干电池)
②滑动变阻器R阻值要小
（3）说明：
方法一：U-I图像修正法①
01
1.误差来源：电流表表分压。通过电源的电流越大，电流表分压越多。U-I图像修正如图。
2.
A
V
S
E, r
·
·
·
电流表内接法
E测=E真 r测>r真
U
I
O
测量值
真实值
适用 情况 ①内阻 r很大(水果电池)
②滑动变阻器R阻值要大
（1）电流表内阻越小，电流表分压越小，系统误差越小
（2）电流表内阻已知，可求电流表两端电压，可消除系统误差。
（3）说明：
方法一：U-I图像修正法②
02
r 测 < r
E测 把电源和电压表看成一个整体，这样测得的就是这个整体的路端电压和通过这个整体的电流，计算出的就是这个整体的电动势和这个整体的内电阻。这个整体的电动势相当于开路时电压表所分得的电压，整体的电阻相当于电源和电压表并联的阻值。即：
电流表外接法
A
V
S
E, r
·
·
·
方法三：等效电源法①
04
把电流表和电源等效为一新电源，如图虚线框所示，这个等效电源的内阻r测为r和RA的串联总电阻，也就是测量值，即 　　
E测 = E
等效电源的电动势为电流表和电源串联后的路端电压，也就是测量值，即
A
V
S
E, r
·
·
·
电流表内接法
方法三：等效电源法②
04
没有电压表、滑动变阻器，
只有电池、开关、电流表、电阻箱
如何测量电源电动势E和内阻r？
想一想
U =IR
U =IR
方案二：安阻法
E=IR +Ir
E=U +Ir
U =IR
若电流表内阻已知，可消除系统误差
E测=E真 r测>r真
安阻法误差分析
U =IR
IR
I
误差来源：电流表的分压
U
I
O
测量值
真实值
没有电流表、滑动变阻器，
只有电池、开关、电压表、电阻箱
如何测量电源电动势E和内阻r？
想一想
E=U +Ir
方案三：伏阻法
若电压表内阻已知，可消除系统误差
E测＜E真 r测＜r真
伏阻法误差分析
U
误差来源：电压表的分流
U
I
O
测量值
真实值
采用一个定值电阻、两块电流表、一个电键和导线若干, 测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。
原理：
E=U+Ir
A2
S
E,r
R
A1
A2
S
E,r
R
A1
方案四：安安法
采用一个定值电阻、两块电压表、一个电键和导线若干, 测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。
原理：
E=U+Ir
S
E,r
R
V2
V1
S
E,r
R
V2
V1
方案五：伏伏法
巩固提升
【练习1】（2022·宁夏·银川唐徕回民中学高二期中）(多选)在测电源电动势和内阻的实验中（ ）
A．图（2）所示电路内阻测量比图（1）准确
B．图（1）所示电路电动势测量准确
C．图（2）所示电路，电动势测量准确
D．图（1）所示电路，内阻测量值比真实值偏小
【参考答案】CD
课堂练习
【练习2】某同学利用DIS，定值电阻R0、电阻箱R1等实验器材测量电池a的电动势Ea和内阻ra，实验装置如图甲所示，实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R，用电压传感器测得路端电压U，并在计算机上显示出如图乙所示 的关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势Eb和内阻rb，得到图乙中的图线b。由图线可知（　　）
A．Ea＞Eb，ra＞rb
B．Ea＜Eb，ra＜rb
C．Ea＝Eb，ra＜rb
D．Ea＜Eb，ra＝rb
【参考答案】D
课堂练习
【练习3】（2022·广东·佛山实验中学高二学业考试）某小组为了测量手机锂电池的电动势（约3.7V）与内阻（约0.1Ω），在实验室寻找到了下列器材：电压表V1（量程0～15V）；电压表V2（量程0～3V）；电流表A（量程0～0.6A）；滑动变阻器（阻值范围0～20Ω）；
定值电阻R0=2.0Ω、导线、开关若干。
（1）本实验选用的电压表为___________（选“V1”或“V2”）；
（2）小组先测得电流表的内阻为5.09Ω，
为了更精确测量电源电动势与内阻，
应该选用的实验电路是图___________
（选“A”或“B”）；
B
课堂练习
V2
【练习3】（3）改变滑动变阻器的滑片位置，获得多组数据，根据数据可以得出该电池的电动势为___________V（保留3位有效数字），内阻为___________Ω（保留2位有效数字）
3.60
课堂练习
0.11
电流表的内阻为5.09Ω
为了测量由两节干电池组成的电池组的电动势和内电阻，某同学设计了如图甲所示的实验电路，其中R为电阻箱， R0=5.0Ω为保护电阻。
断开开关S，调整电阻箱的阻值，再闭合开关S，读取并记录电压表的示数及电阻箱接入电路中的阻值。多次重复上述操作，可得到多组电压值U及电阻值R。
R0
甲
并以 为纵坐标，以 为横坐标，画出 的关系图线（该图线为一直线）如图乙所示。由图线可求得电池组的电动势E = V，内阻r = Ω。（保留两位有效数字）
拓展训练
R0
甲
U =IR
由
斜率
纵截距
.35
【练习4】（2022·广东·博罗县教师发展中心高二期中）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．电池内阻的测量值为3.50Ω
B．电池电动势为1.40V
C．外电路发生短路时的电流为0.40A
D．电压表的示数为1.20V时，电流表的示数
【参考答案】B
课堂练习
【练习5】（2022·福建·莆田华侨中学高二阶段练习）某同学利用一只电流表和一个电阻箱测定电源的电动势和内电阻，使用的器材还有开关一个、导线若干，实验原理如图甲所示。
（1）在图乙的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成其余电路的连接。( )
课堂练习
【练习5】（2）调节电阻箱，示数如图丙所示，读得电阻值是______Ω。
（3）接通开关，多次改变电阻箱的阻值R，同时读出对应的电流表的示数I，并作记录，画出 关系图线，如图丁所示。则图线斜率的物理意义是________；若电流表内阻RA=0.2Ω,由图线求得电源的电动势E＝______V，内阻r＝______Ω。
【参考答案】2.3 电源电动势 1.4 0.5
课堂练习
【练习6】（2022·山西·晋城市第二中学校高二阶段练习）为了测量一节干电池的电动势和内阻，某同学在实验室选择合适的器材，设计了如图甲所示的实验电路图，请完成下列问题：
（1）请根据图甲所示的电路图，用笔画线替代导线补全图乙的实物图_____；
课堂练习
【练习6】（2）改变电阻箱的阻值，测得多组实验数据绘出如图丙所示的 图线，由图丙可得，电源电动势E=______，内阻r=______。（均用图丙中a、b表示）
（3）实验误差分为系统误差和偶然误差，则造成该实验结果系统误差的主要原因是______。
【参考答案】电压表的分流作用
课堂练习
b
课堂小结
伏安法
安阻法
伏阻法