鲁科版高中物理必修第三册第4章闭合电路欧姆定律与科学用电第2节第1课时伏安法测电源的电动势和内阻课件（64页ppt）

(共64张PPT)
第4章　闭合电路欧姆定律与科学用电
第2节　科学测量：电源的电动势和内阻
第1课时　伏安法测电源的电动势和内阻
核心素养：1.掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法. 2.掌握用图像 法求电动势和内阻的方法. 3.能用电流表和电压表等实验器材进行实验，能注意实验 安全；能设计表格，会分析实验数据，形成结论. 4.能撰写完整的实验报告并能反思 交流过程并对实验结果进行误差分析. 5.培养仔细观察，真实记录实验数据等良好的 实验习惯和实事求是的品质.
第*页
研习任务一　实验原理与仪器选择
教材　认知
1. 实验目的
（1）测量电源的电动势和内阻.
（2）学习通过计算和作图分析处理实验数据.
2. 实验器材
电流表、电压表、滑动变阻器、待测干电池、开关、导线等.
3. 实验思路
E＝U＋Ir　
4. 实验步骤
（1）电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3V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最左端，使其阻值最大.
（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，用公式法和作图法求出电源的电动势和内阻.
研习　经典
[典例1]　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：0～3V，0～15V
B. 电流表A：0～0.6 A，0～3 A
C. 滑动变阻器R1：（20Ω，1 A）
D. 滑动变阻器R2：（1 000Ω，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“0～15V”）； 电流表应选用的量程为 （填“0～0.6 A”或“0～3 A”）；滑动变阻器 应选用 （填“R1”或“R2”）.
[解析]（1）一节干电池电动势约1.5V，电压表选0～3V即可；电路最大电流约为零点 几安，电流表应选用的量程为0～0.6 A；为方便实验操作，且外电压明显变化，滑动 变阻器应选R1.
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.
甲
图见解析
[解析]（2）伏安法测电源电动势和内阻实验，电压表测路端电压，电流表测电路电 流，实验电路图如图所示.
（3）实验测得的6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2位有效数字）.
乙
1.5
0.50
[解析]（3）根据坐标系内描出的点，作出电源的U－I图像如图所示.
乙
第*页
研习任务二　实验数据处理、误差分析与注意事项
教材　认知
1. 数据处理
可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值.
（2）作图法
①本实验中，为了减小实验误差，一般用图像法处理实验数据，即根据多次测出的 U、I值，作U－I 图像.
②将图线两端延长，纵轴截距点对应断路情况，这时的电压U等于电池电动势E.
2. 误差分析
根据E＝U＋Ir测E、r，要求U是电源的路端电压，I是流过电源的总电流.但由于电流 表、电压表内阻的影响，存在系统误差.
（1）如图甲所示，电压表的读数是准确的，但由于电压表的分流作用，电流表的读 数小于总电流I. 而且电压表的读数越大，分流越大；读数越小，分流越小.
甲　　　　　　　　　乙
如图乙所示，对实验作出的测量图线（实线）进行修正可得到虚线，对比实验图线和 修正图线，易得E测＜E真，r测＜r真.
即用图甲所示的方式测电动势和内阻，测量值均小于真实值.
（2）如果采用图丙的电路测量电动势和内阻，系统误差来源于电流表分压，且电流 表读数越大，电流表分压越大，如图丁所示，对实验作出的测量图线（实线）进行修 正，可得到虚线，对比实验图线和修正图线，可得E测＝E真，r测＝RA＋r真＞r真.
丙　　　　　　　　　丁
3. 注意事项
（1）为使电池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 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.
较大　
电动势E　

研习　经典
[典例2]　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 2.5Ω的保护电阻R0，实验电路如图甲所示.
甲
（1）请按图甲电路原理图把图乙实物电路利用笔画线代替导线连接起来.
乙
见解析图（a）
甲
[解析]（1）实物图连线如图（a）所示，
（a）
（2）该同学顺利完成实验，测得如表所示的数据，请根据数据在图丙坐标系中画出 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
丙
见解析图（b）
[解析]（2）描点作图如图（b）所示.
[解析]（3）电流表所测的电流小于通过电池的电流，因为电压表的分流作用.
电压表
的分流作用
（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.（均填“＜”“＝”或“＞”）
[解析]（4）保护电阻等效到电池的内部，电压表测的电压为外电压，电流表所测的 电流偏小，作出U－I图线的测量图线和实际图线，如图（c）所示，虚线表示实际图 线，从图线可以看出，电动势和内阻的测量值均小于真实值.
（c）
＜
＜
第*页
研习任务三　实验创新与改进
研习　经典
[典例3]　一同学用伏安法测量一节干电池的电动势和内电阻，可供选择的器材有：
甲
乙
A. 毫安表A1（量程10 mA，内阻为100Ω）
B. 毫安表A2（量程120 mA，内阻为20Ω）
C. 定值电阻R1＝5Ω
D. 定值电阻R2＝0.1Ω
E. 定值电阻R3＝200Ω
F. 定值电阻R4＝1 400Ω
G. 滑动变阻器R
H. 开关、导线若干
（1）要求使用已有器材改装为量程为0.6 A的电流表，则需选择的器材为 、
（填写器材前的字母）.
B
C
[解析]（1）因为改装后的电流表量程为0.6 A，所以改装所用毫安表的量程要大，内阻要小，故毫安表选B；又由于毫安表与定值电阻是并联，所以根据并联分流可以分析出 并联的电阻的阻值满足（0.6 A－0.12 A）Rx＝0.12×20V，得Rx＝5Ω，即需要并联的 电阻为R1，故选C.
甲
乙
（2）要求改装为量程为3V的电压表，则需选择的器材为 、 （填写器材前 的字母）.
A
E
（3）利用改装后的电表设计电路如图甲，根据测量所得数据，描点作图，得到毫安 表A1和A2的示数I1与I2的关系曲线如图乙所示，则电池的电动势E＝ V，内电 阻r＝ Ω.（结果均保留2位有效数字）
1.5
1.0
甲
乙
甲
乙
第*页
课后提素养
1. “利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻”，要求尽量减小实 验误差.
（1）应该选择的实验电路是图中的 （选填“甲”或“乙”）.
甲
乙
甲
解析：（1）如果用乙电路，误差来源于电流表的分压，测量时将电流表内阻当成电 源内阻的一部分，而电流表内阻与电源内阻很接近，故电源内阻测量误差大；用甲电 路，误差来源于电压表的分流，因为电压表的内阻远大于电池的电阻，故电压表分流 很小，测量引起的误差小，故选择甲电路.
（2）现有开关和导线若干，以及以下器材：
A. 电流表（0～0.6 A）
B. 电流表（0～3 A）
C. 电压表（0～15V）
D. 电压表（0～3V）
E. 滑动变阻器（0～10Ω）
F. 滑动变阻器（0～500Ω）
实验中电流表应选用 ；电压表应选用 ；滑动变阻器应选用 （选填相 应器材前的字母）.
解析：（2）一节干电池的电动势约为1.5V，因此电压表量程选择3V，故选D；因干 电池允许通过的电流较小，电流表量程选择0.6 A，故选A；为使电流表有较大角度的 偏转，需选用最大阻值小的滑动变阻器，故选E.
A
D
E
2. 为了测量一节新干电池的电动势和内阻，某实验小组采用伏安法，现备有下 列器材：
A. 被测新干电池一节
B. 电流表A（量程0～0.6 A，内阻约为0.5Ω）
C. 电压表V（量程0～3V，内阻约为3 000Ω）
D. 定值电阻R0（阻值为2.0Ω）
E. 滑动变阻器R1（0～10Ω　2 A）
F. 滑动变阻器R2（0～100Ω　1 A）
G. 开关，导线若干
（1）实验器材中滑动变阻器应选用 （填“R1”或“R2”），实验小组成 员根据选用的器材组成了两个电路，你认为合理的是图甲中的 （填“A” 或“B”）图；
A
B
甲
R1
A
解析：（1）电源内阻较小，选择最大量程为10Ω的滑动变阻器即可；定值电阻可看 作等效的内阻，实验过程中方便数据处理，应选A图.
（2）根据选用的电路图连接电路，闭合开关前，将滑动变阻器接入电路的电阻调 到 （填“最大”或“最小”），闭合开关，调节滑动变阻器，某次调节后， 电压表的指针指在图乙所示位置，则这时电压表的示数为 V；
乙
最大
1.10
解析：（2）为保护电路安全，开关闭合前，滑动变阻器应调至最大阻值处；电压表 的分度值为0.1V，可知读数为1.10V.
（3）多次调节滑动变阻器，测得多组电压表和电流表的示数U、I，作U－I图像如图 丙所示，由此得到电池的电动势E＝ V，电池的内阻r＝ Ω（结果保留 两位有效数字）；实验由于存在系统误差，使测得的电动势比真实值 （填 “大”或“小”）.
丙
1.5
1.0
小
丙
从图线可以看出，电动势和内阻的测量值均小于真实值.
[基础训练]
1
2
3
4
5
1. 在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路.
（1）按如图甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来.
见解析图
解析：（1）电路连接如图.
（2）在图乙所示的电路中，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.
解析：（2）闭合开关前，滑动变阻器接入电路中的阻值应该最大，故滑片应置 于B端.
B　
1
2
3
4
5
（3）如图所示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　
1
2
3
4
5
2. 某物理实验小组为测量充电宝的电动势和内阻，实验时使用了标志为“输出5V” 的某品牌充电宝，其内阻很小.除充电宝外，还准备了一些可能用到的器材：
A. 电压表V（量程3V，内阻3.0 kΩ）；
B. 电流表A（量程150 mA，内阻极小）；
C. 定值电阻R0（阻值5.0Ω）；
D. 定值电阻R1（阻值1.0 kΩ）；
E. 定值电阻R2（阻值3.0 kΩ）；
F. 滑动变阻器R（最大阻值200Ω）；
G. 开关一个，导线若干.
1
2
3
4
5
完成下列问题：
（1）根据图甲所示的实验电路，定值电阻Rx应选择 （填“R1”或“R2”）； 电路中定值电阻R0的作用是 .
甲
R2
使电压表的读数变化明显
解析：（1）待测充电宝的输出电压为5V，而提供的电压表量程为3V，故需要将电压表串联定值电阻以扩大量程，与R1串联，由串联分压规律可知，扩大后量程为4V，与R2串联，扩大后量程为6V，由安全性原则可知，需要将电压表与R2串联；因为充电宝的内阻很小，直接测量时，电压表的读数变化不明显，故接入定值电阻R0，使电压表的读数变化明显.
1
2
3
4
5
（2）按电路图正确连接实验器材，进行实验测量，记录数据，并在坐标纸上描点如 图乙，请在图乙上绘制U－I图像.
乙
如图所示
1
2
3
4
5
乙
1
2
3
4
5
（3）由图像和计算可得充电宝的电动势E＝ V，内阻r＝ Ω.（保留 三位有效数字）
4.98
0.862
1
2
3
4
5
（4）机场规定“严禁携带额定能量超过160 W·h的充电宝搭乘飞机”；已知该充电宝 的电池容量（电池放出的电量）为50 000 mA·h，根据（3）中测得的数据，估算知该 充电宝 　带上飞机.（填“能”或“不能”）
解析：（4）由于充电宝的输出电压为5V，由W＝UIt可知，该充电宝的额定能量E＝ UIt＝5V×50 000 mAh＝250 W·h＞160 W·h，故该充电宝不能带上飞机.
不能
1
2
3
4
5
3. 在“测量干电池的电动势和内阻”实验中：
（1）部分连线如图1所示，导线a端应连接到 （填“A”“B”“C”或“D”） 接线柱上.正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图2所示，其示数为 V.
图1
图2
B　
1.20　
解析：（1）电压表测量的电压应为电池的路端电压，开关应能控制电路，所以导线a 端应连接到B处；一节干电池电动势约为1.5V，电压表选择0～3V量程，分度值为 0.1V，题图2中电压表读数为1.20V.
1
2
3
4
5
（2）测得的7组数据已标在如图3所示U－I坐标系上，用作图法求干电池的电动势E ＝ V和内阻r＝ Ω.（计算结果均保留两位小数）
图3
1.50　
1.04　
1
2
3
4
5
解析：（2）作出U－I图像如图所示.
图3
1
2
3
4
5
[能力提升]
4. 在测量电源电动势和内阻的实验中，实验室提供了如下器材和参考电路：
电压表V1（量程3V，内阻约6 kΩ）
电压表V2（量程1V，内阻约6 kΩ）
电流表A1（量程0.6 A，内阻约0.1 kΩ）
电流表A2（量程2 mA，内阻约1Ω）
滑动变阻器R1（最大阻值3 kΩ）
滑动变阻器R2（最大阻值10Ω）
定值电阻R3（阻值1Ω）
开关，导线若干
1
2
3
4
5
（1）甲同学想要测量马铃薯电池的电动势（约1.0V）和内阻（约500Ω）.选用合适 器材后，应选择最优电路 （填写参考电路对应的字母）进行测量.
解析：（1）马铃薯电池的电动势较小，内阻较大.题图B中电压表分流，所以电流表 测量的干路电流偏小，则电动势测量值偏小，题图A测量的干路电流I准确，根据闭合 电路欧姆定律E＝U＋Ir.可知当I＝0时，断路电压即为电动势，所以A图能准确测量马 铃薯的电动势，内阻测量偏大，为电流表和马铃薯内阻之和，但因为马铃薯内阻远大 于电流表内阻，所以误差较小，故选A.
A
A
B
C
D
1
2
3
4
5
（2）乙同学想要测量一节新干电池的电动势和内阻.选用合适器材后，应选择最优电 路 （填写参考电路对应的字母）进行测量.
解析：（2）新的干电池内阻较小，所以需要给电池串联一个定值电阻R3，方便测 量，而题图D中测量的内阻为电流表内阻，电源内阻和定值电阻R3之和，因为干电池 内阻较小，所以内阻的测量会存在较大误差，所以选C.
C
A
B
C
D
1
2
3
4
5
（3）乙同学将测得的数据在坐标纸上描点如图.请画出U－I图像，并求出电动势E 为 V，内阻r为 Ω（小数点后保留2位）.
1.49
0.11
U－I图像见解析图
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
5. 利用如图甲所示的电路可以测定一节干电池的电动势和内电阻.
（1）现有电压表（0～3V）、开关和导线若干，以及下列器材：
甲
1
2
3
4
5
A. 电流表（0～0.6 A）
B. 电流表（0～3 A）
C. 滑动变阻器（0～20Ω）
D. 滑动变阻器（0～100Ω）
实验中电流表应选用 ；滑动变阻器应选用 .（选填相应器材前的字母）
解析：（1）一节干电池的电动势约为1.5V，只要保证电路总电阻不小于2.5Ω即可用 0.6 A量程（精确度高）的电流表，滑动变阻器阻值要满足这个条件很容易，故电流 表选A；实验误差来自于电压表分流，所以选用总阻值小的滑动变阻器，故选C.
A
C
1
2
3
4
5
（2）实验中，某同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图 乙的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U－I图线.
组别 1 2 3 4 5 6
I/A 0.12 0.21 0.31 0.36 0.49 0.57
U/V 1.38 1.31 1.24 1.14 1.11 1.05
乙
见解析
1
2
3
4
5
解析：（2）
乙
1
2
3
4
5
（3）根据图乙可得出干电池的电动势E ＝ V，内电阻r ＝ Ω（结果保留小数点后两位）.
1.47（1.46～1.48）
0.74（0.72～0.76）
1
2
3
4
5
（4）考虑到实验中使用的电压表和电流表的实际特点，本实验是存在系统误差的.关 于该实验的系统误差，下列分析正确的是 .
A. 电流表的分压作用导致该实验产生系统误差
B. 电压表的分流作用导致该实验产生系统误差
C. 电流表内阻的大小对系统误差没有影响
D. 电压表内阻的大小对系统误差没有影响
解析：（4）由于电压表的分流作用，导致电流表示数小于通过电源的实际电流，导 致产生系统误差，电压表内阻越大，分流越少，电流表示数误差就越小；电流表内阻 大小对系统误差没有影响，不会导致两电表读数出现误差.故选BC.
BC
1
2
3
4
5
（5）在实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U、电源的总功率P都将 随之改变.以下三幅图中能正确反映P－U关系的是 .
A
B
C
D
A
1
2
3
4
5