高中物理 人教版 必修第三册 12.3电池电动势和内阻的测量 课件(共52张PPT)

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12.3实验：电池电动势和内阻的测量
复习回顾：
1、什么电源的总功率和内部消耗的功率以及输出功率？
2、当外电路是纯电阻电路时，什么条件输出功率最大？
3、定值电阻的功率什么条件下最大？
4 、什么是电源的效率？
5、 判定总电阻变化情况的规律？
6、闭合电路动态分析的方法？
7、含容电路的静态分析和动态分析？
8、如何分析电路的故障？
伏安法测电动势和内阻
安阻法测电动势和内阻
伏阻法测电动势和内阻
安安法测电动势和内阻
01
02
03
04
目录
CONTENTS
伏伏法测电动势和内阻
05
不同的直流电源有不同的电动势和内阻。而且电动势和内阻也不是一层不变的。随着用电时间的增加，一般电动势会减小内阻会增加。当我们要用一个直流电源做实验时，就需要准确知道电动势和内阻。那么如何测量电源的电动势和内阻呢？有几种方法可以测量电动势和内阻呢？
伏安法测电动势和内阻
PART 1
一、伏安法测电动势和内阻
一、实验目的
1．测量电源的电动势和内阻。
2．加深对闭合电路的欧姆定律的理解。
二、实验原理
1．如图甲或乙所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路的欧姆定律求出几组E、r值，最后分别算出它们的平均值。
电流表外接法
电流表内接法
注意：这里“内外接法”是相对于电源来说的，而不是滑动变阻器。
2．用图像法处理数据，在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出U－I图像，如图丙所示，直线跟纵轴交点的纵坐标表示电源电动势E的值，图线斜率的绝对值即电源内阻r的值。
三、实验器材
电池、电压表、电流表、滑动表足球、开关、导线、坐标纸和刻度尺。
四、连接电路
五、实验步骤
1．电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按实验原理图甲或乙连接好电路。
2．把滑动变阻器的滑片移动到接入电路阻值最大的一端。
3．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)，用同样方法测量出6组I、U的值，填入表格中。
4.断开开关，拆除电路，整理好器材。
六、数据处理
1．公式法
将6组对应的U、I数据代入关系式：U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r、…，让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，取其平均值作为电源的电动势E和内阻r。
2．图像法
在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U－I坐标系，在坐标系内描出各组(I，U)值所对应的点，然后作一条使落在线上的点尽量多的直线，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标值即电源电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率绝对值即电源的内阻r，即r＝ 。
七、注意事项
1．为了使电路的路端电压变化明显，应选内阻大些的电池。
2．电流不要过大，读数要快。干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大。
3．合理选择标度：为使图线分布空间大，如图
所示，纵坐标可以不从零开始，则图线和横轴的交点
不再是短路电流，而图线与纵轴交点的纵坐标值仍为
电动势大小，电源内阻根据r＝ 确定。
4．要测出不少于6组的(I、U)数据，且变化
范围要大些。
8.误差分析
（1）外接法(相对电源)的系统误差分析如图
①:通过理论推导分析误差
实验进行数据处理时,若不考虑电流表和电压表的内阻,根据闭合电路欧姆定律有E测=U1+I1r测,E测=U2+I2r测,
解得E测= ,r测= 。
若考虑电流表和电压表的内阻,根据闭合电路欧姆定律有E=U1+ r,E=U2+ r,
解得E= >E测,r= >r测。
E测=
r测=
比较得
E测 < E真 r 测 < r 真
②通过图像分析误差
v
A
I实= IA + IV = (IA +U/RV)
U
I
E测
IA
∴ E测< E真 r测< r真
E真
IV
求等效电源的电动势和内阻：
情况1：把图A的电路等效为图B的电源：（串联等效型电源 )
。
。
a
b
E
r
R
图A
。
。
a
b
E’
r’
图B
情况2：把图C的电路等效为图D的电源：（并联型等效电源）
。
。
a
b
E
r
图C
R
。
。
a
b
E’
r’
图D
③等效法分析误差
从电路的角度看,电压表可看成内电路的一部分,故实际测出的是电源和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测);等效电源的内阻为电压表内阻和电源内阻的并联值,即r测= 由以上分析还可以知道,要减小误差,所选择的电压表内阻应适当大些,使得RV r,这种
电路图适用于测量内阻小的电源,如干电池。
外接法(相对电源) : 根据小外皆偏小结论，适合于测小内阻电源，如：干电池。
v
A
（2）内接法(相对电源)的系统误差分析如图
①:通过理论推导分析误差
实验进行数据处理时,若不考虑电流表和电压表的内阻,根据闭合电路欧姆定律有E测=U1+I1r测,E测=U2+I2r测,解得E测= ,r测=
　若考虑电流表和电压表的内阻,根据闭合电路欧姆定律有E=U1+I1r+I1RA,
E=U2+I2r+I2RA,
解得E= =E测,r= -RAE测=
r测=
比较得
E测 = E真 r 测 ＞ r 真
=r+
②通过图像分析误差
A
V
I
E
I
UV
U
U路
E真
∴ E测 =E真 r测 > r真
U路= UA + UV = ( I RA +UV)
I RA
③等效法分析误差
从电路的角度看,电流表可看成内电路的一部分,故实际测出的是电源和电流表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测)。等效电源的内阻为电流表内阻和电池内阻的串联值,所以r测=r真+RA>r真 ;等效电源的电动势等于电源的电动势,即E测=E真。
由以上分析还可以知道,要减小误差,电流表的内阻需很小,使得RA r ,这种电路图适用
于测量内阻大的电源,如水果电池。
内接法: 根据大内一偏大结论，适合于测大内阻电源，如：水果电池。
而且如果题目中电流表的内阻已知，必选内接法测电阻
A
V
安阻法测电动势和内阻
PART 2
二、安阻法测电动势和内阻
采用一个电阻箱、一块电流表、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=I（R+r)
A
S
E,r
R
（1）方法：
改变电阻箱阻值，读出并记录多组对应电阻、电流表示数
（2）原理式：
（3）数据处理：
①计算法：
②图像法：
解方程求平均值
求斜率K，利用斜率K=r/E,纵截距为1/E求电源电动势和内阻
（4）误差分析：电流表分压,相当于电流表内接法，大内一偏大：E测=E真 r测>r真
（5）减小误差方法：尽可能用小阻值电流表;或RA已知，对误差补偿
安阻法（电流表一表两用）：
伏阻法测电动势和内阻
PART 3
采用一个电阻箱、一块电压表、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：
V
E r
S
R
三、伏阻法测电动势和内阻
（1）方法：
改变电阻箱阻值，读出并记录多组对应电阻、电压表示数
（2）原理式：
（3）数据处理：
①计算法：
②图像法：
解方程求平均值
求斜率K，利用斜率K=r/E,纵截距为1/E求电源电动势和内阻
（4）误差分析：电压表分流,相当于电流表外接法，小外皆偏小：E测＜E真 r测＜r真
（5）减小误差方法：尽可能用大阻值电压表;或RV已知，对误差补偿
伏阻法（电压表一表两用）（阻是电阻箱不是变阻器也不是定值电阻）：
安安法测电动势和内阻
PART 4
采用一个定值电阻、一个滑动变阻器、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。
四、安安法测电动势和内阻
安安法（流阻替代电压表）
A2
S
E,r
R
A1
A2
S
E,r
R
A1
计算式：E=I2R+I1r
计算式：E=I2R+I1r
相当于电流表外接法
相当于电流表内接法
小外皆偏小：E测＜E真 r测＜r真
大内一偏大：E测=E真 r测>r真
伏伏法测电动势和内阻
PART 5
五、伏伏法测电动势和内阻
采用一个定值电阻、两块电压表、一个互动变阻器、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。
伏伏法（压阻替代电流表）
S
E,r
R
V2
V1
S
E,r
R
V2
V1
计算式：E=U2+(U1/R)r
计算式：E=U2+(U1/R)r
相当于电流表外接法
相当于电流表内接法
小外皆偏小：E测＜E真 r测＜r真
大内一偏大：E测=E真 r测>r真
例1、在“电池电动势和内阻的测量”的实验中，已连接好部分
实验电路．
(1) 按图甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来．
(2) 在图乙的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于_________(填“A”或“B”)端．
B
第二部分 点击在此输入你的标题内容
(3) 图丙是根据实验数据作出的U－I图像，由图可知，电源的电动势E＝___________V，内阻r＝__________Ω.
1.5
1.0
(4) 利用该实验电路测出的电动势E测和内阻r测与真实值E真和r真相比，理论上E测_______E真，r测_________r真．(均填“>”“<”或“＝”)
<
<
例2、实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有：
干电池一节(电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω)；
电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)；
电流表A(量程0.6 A，内阻约1 Ω)；
滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)；
定值电阻R1(阻值2 Ω)；
定值电阻R2(阻值5 Ω)；
开关一个，导线若干。
(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U－I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是______。(单选，填正确答案标号)
A．电压表分流
B．干电池内阻较小
C．滑动变阻器最大阻值较小
D．电流表内阻较小
B
(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如表所示。
序号 1 2 3 4 5 6 7
I/A 0.08 0.14 0.20 0.26 0.32 0.36 0.40
U/V 1.35 1.20 1.05 0.88 0.73 0.71 0.52
请根据实验数据，回答以下问题：
①图丙上已标出后3组数据对应的坐标点，请在图丙上标出前4组数据对应的坐标点并画出U－I图像。
②根据实验数据可知，所选的定值电阻为________(填“R1”或“R2”)。
③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将图丁中的实物图连接成完整电路。
R1
谢
谢
聆
听