高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 实验：电池电动势和内阻的测量优秀ppt课件

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2、电源电动势与内、外电压关系
图象在横轴上的截距为短路电流I短
图象斜率的绝对值为电源内阻
图象在纵轴上的截距为电源的电动势E
由U =E -Ir 可知，U 是I 的一次函数。
电池已成为人类生活的亲密伙伴，生活中处处需要电池，新旧电池的主要不同是什么呢？如果我们想比较下它们的电动势和内阻的关系应该如何设计实验呢？ 本节课我们就一起来探讨下电池的电动势和内阻的测量方法。
(1)掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法.
(2)学会用U-I图线处理数据的方法.
①Ｕ：路端电压; Ｉ：通过电源的电流; E：待测电动势； r: 待测内阻；
②只要测出几组（至少两组）U、I值就可求出E、r
开关、导线及坐标纸、铅笔
(选择量程接近电源电动势)
选用阻值较小的,最大阻值10 ─ 20Ω
（2）把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大；（3）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，用同样的方法测量并记录几组I和U的值；（4）断开开关，整理好器材；（5）数据处理：用原理中的方法计算或从U－I图象中找出E和r；
（1）确定电流表、电压表的量程，按图所示电路把器材连接好；
方法一：公式法改变R的值，从电流表和电压表中读取两组I、U的值，代入方程组联立求解，多测量几次I、U的值，算出E、r取平均值。
注意：利用解方程组的方法求解E和r的优点是简单,缺点则是有可能产生较大的误差。因此一般采用图象法求解E和r.
在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出几组的U、I值画出U-I图象。
r是直线的斜率的绝对值
（1）本实验在电键闭合前，变阻器滑片应置于阻值 最大位置处.（2）使用内阻较大一些的旧电池.在实验中不要将电流调得太大，每次读完数后立即断电，以免使电动势和内阻发生变化.如果使用的是水果电池，它的内阻虽然比较大，但不够稳定，测量前要做好充分的准备，测量尽量迅速。（3）要测出不少于6组Ｉ、Ｕ数据，且变化范围要大一些.（4）画Ｕ—Ｉ图线时，应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去.（5）画U--I 图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当的值开始，（但横坐标必须从0开始)但这时图线与横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势E，图线的斜率的绝对值仍为内阻r.（6）画U--I 图线时，坐标轴的单位选择要恰当，使作出的图线基本充满整个区域为宜，不能使图线位于某一角上；（7）使用 U--I 图线计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用公式计算出电源的内阻 r。
例 1.在用电压表、电流表测两节干电池串联的电动势和内阻时 ，除备有被测电池 、开关和足够的导线外 ，还备有下列仪器可供选择： 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(20 Ω，2 A) F. 滑动变阻器(1700 Ω，0.3 A)应该选用的仪器是 __________ (填器材前面的选项字母)。
例2.一个学生利用实验方法测得数据,根据这些数据,画出了如图所示的U－I 图象,从图中可得出电源电动势为 ______V，内阻为______Ω。
【例3】.用伏安法测定电池的电动势和内电阻的实验中，下列注意事项中错误的是 ( )A．应选用旧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．移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载C．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D.出于安全的考虑，在选择电表时，量程越大越好
回顾：在伏安法测电阻的实验中，不论外接还是内接，电表内阻对测量都有影响.
思一思：在伏安法测电动势和内阻的实验中，电表内阻对测量有无影响呢？如果有，又是怎样影响的？
方法一：U-I图像修正法
（4）根据U-I图像和并联电路电压特点知： 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）电压表测路端电压；电流表测流过滑阻的电流；通过电源的电流等于电流表测得的电流与流过电压表的电流之和。故误差来源：电压表分流。
（3）根据U-I图像截距和斜率代表的物理意义可知：
（2）由部分电路欧姆定律知：路端电压越大，电压表分流越多。因此U-I图像修正如图所示。
注意：这里“外接法”是相对于电源来说的，而不是滑动变阻器。
（1）电流表测通过电源的电流；路端电压等于电压表测得的电压与电流表的两端电压之和。故误差来源：电流表表分压。
（4）根据U-I图像和串联电路电压特点知： 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
（2）由部分电路欧姆定律知：通过电源的电流越大，电流表分压越多。因此U-I图像修正如图所示。
与前面伏安法测电阻中讲的“大内偏大，小外偏小”也吻合。
电流表外接法：适合测内阻较小的电源
可以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：
电流表内接法：适合内阻较大的电源
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 　　
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 　　
系统误差分析 ——等效变换
1、电流表外接法时，相当于电压表和电源并联，当外电路断开时，电源和电压表构成回路，故 ，E测 =U＜ ；r测= ＜ ；因为RV>> ，故误差非常小，因此采用外接法。2、电流表内接法时，把电流表的内阻等效进电源内阻里，测出的电动势是真实的，但r测=r真+RA ，r测 的误差非常大，故不采用外接法，但如电流表的内阻是已知的，则可采用内接法。
1、伏阻法（ U-R法）
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。
E测＜E真 r测＜r真
电压表内阻已知，可消除系统误差
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)
2、安阻法（ I-R法）
E测=E真 r测＞r真
电流表内阻已知，可消除系统误差
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。
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。
例1.如图示的电路中，R1 、R2为标准电阻，测定电源的电动势和内阻时，如果偶然误差可以忽略不计，则电动势的测量值 真实值，内阻的测量值 真实值，产生误差的原因是 。
例2.在测定电源的电动势和内阻的实验中，待测电池、开关和导线配合下列哪组仪器，可以达到测定目的 （ ）A. 一只电流表和一个滑动变阻器B. 一只电流表和一只电压表C. 一只电流表和一个电阻箱D. 一只电压表和一个电阻箱
例3.如图是测量电源内电阻的电路，下列关于误差的说法，正确的是 ( ) A .由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值小于真实 值； B. 由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值大于真实值； C. 由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值小于真实值； D. 由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值大于真实值；
解： E = U + Ir ， I=(IA +U/RV) ，由于电压表的分流作用，对于每个电压值U1 ，测得的电流IA小于总电流I1，U越大，I A跟I1相差越大， 画出的图线应为实线所示：
所以内电阻的测量值小于真实值。
1. 在测定电池的电动势和内阻的实验中 ，用待测电池、开关和导线 ，配合下列仪器可以达到的实验目的的是（ ） A. 一只电流表和一个电阻箱 B. 一只电流表、一只电压表和一个滑动变阻器 C. 一只电压表和一个电阻箱 D. 一只电流表和一个滑动变阻器
2. 用图所示的电路测定电源电动势和内阻，已知干电池的电动势约为 1.5 V，内阻约 1 Ω，电压表 ( 0 ─ 3 V , 3 kΩ ) , 电流表 (0 ─ 0.6 A , 1.0 Ω ) , 滑动变阻器有 R1 (10 Ω ，2 A ) 和 R2 ( 100 Ω， 0.1 A ) 各一只。(1) 实验中滑动变阻器应选用 。(2) 请用笔画线代替导线连接实验电路。(3)在实验中测得多组电压和电流值,得到如图丙所示的 U ─ I 图线 , 由图线可较准确求出该电源电动势 E = V ; 内阻 r = Ω 。
3. 下图为测电源电动势和内阻电路，备有器材：一节待测干电池，电压表(0-3V)，电流表(0-0.6A，rA=1Ω)，滑动变阻器有R1(10Ω/2 A )和R2(100Ω/0.1A)。(1) 实验中滑动变阻器应选用 ；(2) 为使测量结果准确应按 电路进行实验；(3)在实验得到如图的 U-I 图线 , 由图线可较准确求出该电源电动势E = V ; 内阻 r = Ω。
1. 如图是测量电源电动势和内电阻的电路，下列关于系统误差说法，正确的是 ( ) A .由于电流表的分压作用，使E测

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