4.3 测量电源的电动势和内电阻 课件（鲁科选修3-1）

(共41张PPT)
第3节　测量电源的电动势和内电阻
1．通过对电源的电动势和内电阻的测量，知道本实验的设计原理和方法，会使用常见的基本仪器．
2．通过对实验数据的收集处理，学会用“代数法”和“图象法”分析处理实验数据．
3．培养用数学方法处理物理问题，发现物理规律的能力．
1．实验原理：应用闭合电路欧姆定律即E＝U＋Ir.
2．实验所用电路图：(如下图所示)
1．待测电池1节；
2．滑动变阻器一只(0～100 Ω)；
3．电压表(0～3 V)；
4．电流表(0～0.6 A)；
5．开关1只；
6．导线若干．
一、仪器安装
1．电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按原理图连接好电路；
2．把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端；
二、测量与记录
1．闭合开关、调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数．
2．用同样的方法，测量并记录几组U、I数值并记录下来．
三、整理仪器与数据处理
1．断开开关、整理好仪器．
2．根据测量的数据绘制U－I图线，所得图线的延长线与U轴交点即为电源电动势E，图线斜率的绝对值即为电池的内阻r(也可解方程组计算出E、r)．
3．处理数据的方法
1．使用内阻大些(用过一段时间)的干电池，在实验中不要将I调得过大，一般不超过0.5 A，每次读完U、I读数立即断电，以免干电池在大电流放电时极化现象过重，E、r明显变化．
2．测出不少于6组(I，U)数据，且U、I变化范围尽量大些．
3．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，而不要顾及个别离开较远的点以减小偶然误差．
5．合理地选择电压表与电流表的量程可以减小读数误差，电压表选取0～3 V量程，电流表选取0～0.6 A量程．
由于电压表的分流作用，电动势E、内阻r的测量值均小于真实值．
在测定一节干电池(电动势约为1.5 V，内电阻约为2 Ω)的电动势和内电阻的实验中，滑动变阻器和电压表各有两个供选．
A．电压表量程为15 V　　　
B．电压表量程为3 V
C．变阻器为(20 Ω，3 A)
D．变阻器为(500 Ω，0.2 A)
(1)电压表应该选________(填“A”或“B”)，这是因为________________________．
(2)变阻器应选________(填“C”或“D”)，这是因为____________________．
【解析】　由于电源电动势约为1.5 V，故选量程为0～3 V的电压表B，读数既准确，又方便；D滑动变阻器的额定电流太小，最大阻值太大，调节不方便，故选C变阻器．
选电压表、电流表时不要认为量程越大越好，应使指针偏转大些，以减小读数时的相对误差．滑动变阻器的选取以调节方便为原则，既考虑最大阻值，又要看额定电流是否符合要求．
如图所示，是测量两节干电池组成的串联电池组的电动势和内阻的实验所用器材，用实线将它们连成实验电路．
【解析】　首先画出实验电路图如下图a所示，依据电路图连接实物如图b所示．因为待测电源电动势约为3 V，所以电压表选用0～3 V的量程；干电池的允许电流一般在0.5 A左右，所以电流表应选用0～0.6 A的量程；还有一点就是注意开关闭合前，要使变阻器接入电路的阻值尽量大些，保护电流表，以防烧坏．
连接实物电路图时，要注意以下几点：
(1)先画出原理图，这是连接实物的依据；
(2)先接干路，再接支路，例如本题中电压表可看做支路，因此先把电源、开关、电流表、滑动变阻器依顺序连成闭合电路．
(3)注意电源的正负极、电表的正负接线柱、电表量程的选择以及滑动变阻器接线柱的合理选用．
用电流表和电压表测定电池的电动势E和内电阻r，所用电路如下图(a)所示，一位同学测得的6组数据如下表所示.
组别 1 2 3 4 5 6
电流I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57
电压U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05
(1)试根据这些数据在下图(b)中作出U－I图线．
(2)根据图线求出电池的电动势E＝________ V，电池的内电阻r＝________ Ω.
【答案】　见解析
【误区警示】　为了充分利用U－I坐标的空间，纵轴U的刻度不是从0开始，因此横轴上截距不再是短路电流．
(2009年北京卷)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池．该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9 Ω，可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig＝0.6 A，内阻rg＝0.1 Ω)和若干导线．
(1)请根据测定电动势E和内电阻r的要求，设计下图甲中器件的连接方式，画线把它们连接起来．
(3)在图丙上把描绘出的坐标点连成图线．
(4)根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E＝________ V，内电阻r＝________ Ω.
【解析】　(1)先设计实验电路图，然后再根据电路图连线．由欧姆定律E＝I(R＋r)知，只要知道两组外电阻和电流值，就可以解出电源电动势和内阻．因此，直接将可变电阻和电流表串联在电路中就行．
(2)由电表可读出此时电流为0.50 A，则坐标为(2,2.6)．再在坐标纸上描出该点．
(3)剔除明显有误差的点，将其他点用平滑的曲线连接起来，得到一条直线．
用物理图象分析解答问题：
(1)要将图象和物理表达式相结合．
(2)图象上的截距、斜率一般都有非常重要的物理意义．
1．用伏安法测电池的电动势和内电阻的实验中，下列注意事项中正确的是(　　)
A．应选用新的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显
B．应选用内阻较小的电压表和电流表
C．移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路，以免造成电流过载
D．根据实验记录的数据作U－I图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧
【答案】　CD
2．为了测定一节干电池的电动势和内阻，在下图给出两种实验电路图，由于一般电池的内阻较小(比电压表的内阻小得多，与电流表的内阻相差不多)．所以为使测量结果比较准确，应选用图________所示的电路．
若实验台上备有下列实验器材：
A．电流表(0～0.6 A)
B．电流表(0～3 A)
C．电压表(0～3 V)
D．电压表(0～15 V)
E．滑动变阻器(1 750 Ω，0.3 A)
F．滑动变阻器(10 Ω，2 A)
G．开关
H．导线
应该选用的器材是________．(填字母序号)
【解析】　通过电池的电流不能太大(1 A以下)，故电流表选A，由电源电动势可以知道电压表应选C，滑动变阻器E电流太小，电阻太大，使用不方便，故选F.
【答案】　甲　ACFGH
3．给你一个电压表、一个电阻箱、开关及导线等，根据闭合电路欧姆定律测出一节旧干电池的电动势和内阻．
(1)画出电路图．
(2)实验过程中，将电阻箱拨到45 Ω时，电压表读数为0.90 V；若将电阻箱拨到如下图甲所示的________ Ω时，电压表的读数如下图乙所示，是________ V.
(3)根据以上实验数据，可以算出该节干电池的电动势E＝________ V.
【解析】　测量电池的电动势和内阻，要依据闭合电路的欧姆定律E＝U＋Ir，想办法测出U、I，只有电压表，可以结合电阻箱的阻值求出电流，两次列方程便可求解．
【答案】　(1)如下图所示
(2)110　1.12　(3)1.34
4.如右图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻．电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：
(a)电流表(量程0.6 A、3 A)；
(b)电压表(量程3 V、15 V)；
(c)定值电阻(阻值1 Ω、额定功率5 W)；
(d)定值电阻(阻值10 Ω、额定功率10 W)；
(e)滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω、额定电流2 A)
(f)滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω、额定电流1 A)．
那么
①要正确完成实验，电压表的量程应选择________ V，电流表的量程应选择________ A；R0应选择________ Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是________ Ω的滑动变阻器．
②引起该实验系统误差的主要原因是________．
【答案】　①3　0.6　1　0～10　②电压表的分流
5．某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为0～20 Ω，连接电路的实物图如下图所示．
(1)该学生接线中错误的和不规范的做法是________．
A．滑动变阻器不起变阻作用
B．电流表接线有错
C．电压表量程选用不当
D．电压表接线不妥
(2)在右面方框里画出这
个实验的正确电路图．
【解析】　(1)在实物连线图中，滑动变阻器的两个固定端接入电路了，滑动头没有接，所以移动变阻器滑动端时，不会改变接入电路的电阻大小，变阻器不起变阻作用，所以A项应选．直流电表只允许电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出．图中电流表的正、负接线柱接对了，所以选项B不选．图中电源由一节干电池充当，电动势是1.5 V，所以电压表的量程应选用0～3 V，图中连接是正确的，所以选项C不选．图中把电压表直接和电池两端并联，这样即使将开关断开，电压表仍有示数，即开关不能控制通过电压表的电流，且电流从负接线柱流入，从正接线柱流出，所以电压表的接线不妥，选项D应选．
【答案】　(1)AD　(2)