高中物理14.2测量电源的电动势和内阻课件(沪科版选修3-1)

1、第第2课时课时 测量电源的电动势和内阻测量电源的电动势和内阻学学 习习 目目 标标思思 维维 启启 迪迪1.掌握利用仪器测量电池掌握利用仪器测量电池电动势和内电阻的方法电动势和内电阻的方法2.通过设计电路和选择仪通过设计电路和选择仪器，开阔思路，激发兴器，开阔思路，激发兴趣趣3.学会利用图线处理数据学会利用图线处理数据的方法、误差分析的方法、误差分析. 电源的电动势电源的电动势E和内阻和内阻r是电源是电源的两个重要参数的两个重要参数 干电池用一段时间，接入电路干电池用一段时间，接入电路后小灯泡会变暗后小灯泡会变暗(如图如图421所示所示)，是它的电动势变化了呢？还是内阻是它的电动势变化了呢？还

2、是内阻发生了变化？我们可以通过什么办发生了变化？我们可以通过什么办法将它们测出来呢？法将它们测出来呢？图图4-2-1一、实验原理一、实验原理1.用电压表、电流表加上一个可变电阻，测定用电压表、电流表加上一个可变电阻，测定电动势时的电路图如图电动势时的电路图如图422所示所示知识梳理知识梳理图图4-2-2其计算式为其计算式为E_.UIr2用电流表、电阻箱测定电动势时的电路图如用电流表、电阻箱测定电动势时的电路图如图图423所示所示图图4-2-3其计算式为其计算式为E_.IRIr3用电压表、电阻箱测定电源的电动势时的电用电压表、电阻箱测定电源的电动势时的电路图如图路图如图424所示所示 图图4-2

3、-4二、数据处理方法二、数据处理方法代数法：运用解方程组求解代数法：运用解方程组求解E和和r，为了减小实验，为了减小实验的偶然误差，利用的偶然误差，利用U和和I值多求几组值多求几组E和和r的值，算出它的值，算出它们的们的_用作图法求电池的电动势和内阻，作用作图法求电池的电动势和内阻，作UI图像时，图像时，在坐标图上以在坐标图上以_为横坐标，以为横坐标，以_纵坐纵坐标，作出图像后，把这条直线用虚线延长，这条直线标，作出图像后，把这条直线用虚线延长，这条直线与纵轴交点的物理意义是与纵轴交点的物理意义是_，与横轴交，与横轴交点的物理意义是点的物理意义是_ ，直线的斜率的绝，直线的斜率的绝对值的物理意

4、义是对值的物理意义是_ ，由此可以看出，由此可以看出，用图像法处理实验数据的优点是用图像法处理实验数据的优点是_ ，但要，但要求在测量数据准确的基础上，作图像时必须严格认真，求在测量数据准确的基础上，作图像时必须严格认真，且使大多数的点在这一直线上，不在这一直线上的点且使大多数的点在这一直线上，不在这一直线上的点大致均匀地分布在直线的两侧，才能从图像中找出正大致均匀地分布在直线的两侧，才能从图像中找出正确的结论和准确的答案确的结论和准确的答案平均值平均值电流强度电流强度I路端电压路端电压U电源的电动势电源的电动势E电源的短路电流电源的短路电流I短短电源的内电阻电源的内电阻r直观、简便直观、简便

5、三、注意事项三、注意事项1实验前应选择比较实验前应选择比较_的干电池，但外壳不要的干电池，但外壳不要腐烂，一般选取电池内阻约在腐烂，一般选取电池内阻约在25 即可即可2电池在大电流放电时极化现象比较严重，电电池在大电流放电时极化现象比较严重，电动势会明显下降，内阻动势会明显下降，内阻r会明显会明显_，因此，实验中，因此，实验中不要将不要将I调的过调的过_，读电表示数要快，每次读完立即，读电表示数要快，每次读完立即断电断电3在画在画UI图线时，要使较多的点落在这条直图线时，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，而不要顾及个线上或使各点均匀分布在直线的两侧，而不要顾及个别偏离直线

6、较远的点以减少别偏离直线较远的点以减少_误差误差旧旧增大增大大大偶然偶然1在测定电源的电动势和内阻的实验中，待测电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，配合下列仪器，可以达到实验目的池、开关和导线，配合下列仪器，可以达到实验目的的是的是 ()A一只电流表和一个电阻箱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一只电流表和一个滑动变阻器答案答案：ABC基础自测基础自测2用图像法计算电动势和内电阻时，先要描点，用图像法计算电动势和内电阻时，先要描点，就

7、是在就是在UI坐标系中描出与每组坐标系中描出与每组I、U值对应的点，值对应的点，以下说法中正确的是以下说法中正确的是 ()A这些点应当准确地分布在一条直线上，即这些点应当准确地分布在一条直线上，即UI图线应通过每个点图线应通过每个点B这些点应当基本上在一条直线上，由于偶这些点应当基本上在一条直线上，由于偶然误差不能避免，所以然误差不能避免，所以UI图线不可能通过每一个图线不可能通过每一个点点C画画UI图线时应当使它通过尽量多的描出图线时应当使它通过尽量多的描出的点的点D不在不在UI图线上的点应当大致均匀地分布图线上的点应当大致均匀地分布在图线两则在图线两则答案答案：BCD3图图425为某次测量

8、电为某次测量电源的电动势和内电阻所作的图像，源的电动势和内电阻所作的图像，有关这个图像的说法正确的是有关这个图像的说法正确的是 () 图图4-2-5A纵轴截距表示待测电源纵轴截距表示待测电源的电动势，即的电动势，即E3 VB横轴截距表示短路电横轴截距表示短路电流，即流，即I短短0.6 A答案答案：AD4在测电源的电动势和内电阻的实验中，下列在测电源的电动势和内电阻的实验中，下列注意事项中错误的是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应选用内阻较小的电压表和电流

9、表C移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器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短路造成电流表过载D根据实验记录的数据作根据实验记录的数据作UI图像时，应通图像时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点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大致均匀分布在直线两侧答案答案：B5在用伏安法测定电池的电动势和内电阻的实在用伏安法测定电池的电动势和内电阻的实验中，图验中，图426是某一同学的实际接线图他接线是某一同学的实际接线图他接线处有一处错误，只需去掉一根导线，就可改正此错，处有一处错误，只需去掉一根导线，就可改正此错，这根导线的编号是这根导线的

10、编号是_答案答案： 图图4-2-6(1)伏安法测伏安法测E和和r实验电路如图实验电路如图4-2-7所示所示.实验原理实验原理:根据闭合电路欧姆定律根据闭合电路欧姆定律:E=U+Ir,改变改变外电路电阻外电路电阻R,用电流表和电压表测出两组总电流用电流表和电压表测出两组总电流I1、I2和路端电压和路端电压U1、U2，即可得到两个欧姆定律方程：，即可得到两个欧姆定律方程：E=U1+I1r和和E=U2+I2r.解此方程组可得电源的电动势解此方程组可得电源的电动势实验电路及原理实验电路及原理图图4-2-7(2)其他测量电路其他测量电路用电阻箱和电流表测定，实验电路如图用电阻箱和电流表测定，实验电路如图

11、428所示所示实验原理：改变电阻箱的阻值，记录实验原理：改变电阻箱的阻值，记录R和和I，图图4-2-8图图4-2-9用电阻箱和电压表测定，实验电路如图用电阻箱和电压表测定，实验电路如图429所示所示【例例1】 某同学用电流表和电压表测量干电池某同学用电流表和电压表测量干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为020 ，连接电路的实物图如图，连接电路的实物图如图4210所示该所示该同学接线中错误和不规范的做法是同学接线中错误和不规范的做法是 ()图图4-2-10A滑动变阻器不起滑动变阻器不起“变阻变阻”作用作用B电流表的接线有错电流表的接线有错

12、C电压表的量程选用不当电压表的量程选用不当D电压表的接线有错电压表的接线有错解析解析：变阻器要起：变阻器要起“变阻变阻”的作用，必须使接入的作用，必须使接入电路的两根导线一条接在下面的线柱上，另一条接电路的两根导线一条接在下面的线柱上，另一条接在上面的金属杆的一端上，故图中变阻器起不到在上面的金属杆的一端上，故图中变阻器起不到“变变阻阻”的作用，的作用，A正确；电流表和电压表接入电路时，正确；电流表和电压表接入电路时，选择好恰当的量程后，要特别注意选择好恰当的量程后，要特别注意“”“”接线柱接线柱是否连接正确图中电流表的是否连接正确图中电流表的“”“”接线柱出现接线柱出现连接错误，连接错误，B

13、正确；干电池的电动势为正确；干电池的电动势为1.5 V，电压，电压表量程选择适当，表量程选择适当，C错误；但电压表不能直接并联错误；但电压表不能直接并联到电源两端，因为开关断开后，电压表仍有示数，到电源两端，因为开关断开后，电压表仍有示数，D正确故正确答案为正确故正确答案为ABD.答案答案：ABD【题后反思题后反思】 连接实物电路图时，要注意以下连接实物电路图时，要注意以下几点：几点：(1)先画出电路图，这是连接实物图的依据先画出电路图，这是连接实物图的依据(2)先连接干路，再连接支路先连接干路，再连接支路(3)注意电源的正负极，电表的正负接线柱，电注意电源的正负极，电表的正负接线柱，电表量程

14、的选择以及滑动变阻器接线柱的合理选用表量程的选择以及滑动变阻器接线柱的合理选用利用伏安法测量干电池的电动势和内阻，利用伏安法测量干电池的电动势和内阻，现有的器材为：现有的器材为：干电池：电动势约干电池：电动势约1.5 V，符号，符号 电压表：量程电压表：量程1 V，内阻，内阻998.3 ，符号，符号电流表：量程为电流表：量程为1 A，符号，符号滑动变阻器：最大阻值滑动变阻器：最大阻值10 ，符号，符号电阻箱：最大阻值电阻箱：最大阻值99 999.9 ，符号，符号单刀单掷开关单刀单掷开关1个，符号个，符号 导线若干导线若干设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画设计测量电源电动势和内阻的电路并将它

15、画在指定的方框内，要求在图中标出电压表、电流表在指定的方框内，要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负的接线柱的正负为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的压表量程应扩大为原量程的_倍，电阻箱的倍，电阻箱的阻值应为阻值应为_.解析解析：电源电动势为：电源电动势为1.5 V，而电压表最大量程为而电压表最大量程为1 V，需将电压，需将电压表扩大量程再用，故电压表应与电表扩大量程再用，故电压表应与电阻箱串联使用，设计电路如右图所阻箱串联使用，设计电路如右图所示：示：答案答案：见解析图所示见解析图所示2998.3EUIr可以写成可以写成

16、UrIE，其中，其中r、E分别分别是电源的内电阻和电动势，对于不同的几次测量来是电源的内电阻和电动势，对于不同的几次测量来说说U、I各不相同是变量，所以各不相同是变量，所以UErI可以看做一可以看做一个一次函数的表达式，它的个一次函数的表达式，它的UI图像是一条直线图像是一条直线以以I为横坐标、为横坐标、U为纵坐标建立直角坐标系，根为纵坐标建立直角坐标系，根据几组据几组I、U的测量数据，在坐标系中描点此时可的测量数据，在坐标系中描点此时可以大致看到这些点呈直线分布如果发现个别明显以大致看到这些点呈直线分布如果发现个别明显错误的数据，应该把它删除用直尺画一条直线，错误的数据，应该把它删除用直尺画

17、一条直线，使尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的点，使尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的点，能大致均衡地分布在直线两侧，这条直线就能很好能大致均衡地分布在直线两侧，这条直线就能很好地代表地代表UI关系，如图关系，如图4211所示所示用图像法处理实验数据用图像法处理实验数据图图4-2-11【注意事项注意事项】(1)在实验时，应注意以下几点：在实验时，应注意以下几点：为了使电源的路端电压变化明显，电源的内电为了使电源的路端电压变化明显，电源的内电阻宜大些阻宜大些(或与电源串联一个几欧的电阻充当内电或与电源串联一个几欧的电阻充当内电阻阻)实验中不要将实验中不要将I调得过大，每次读完立即切断电调

18、得过大，每次读完立即切断电源，且最好使源，且最好使I值由大到小顺序变化，使实验过程中值由大到小顺序变化，使实验过程中E和和r的值保持稳定要测出不少于的值保持稳定要测出不少于6组组I、U数据，且数据，且变化范围要大些变化范围要大些(2)在画在画UI图线时，要尽量使多数点落在直线图线时，要尽量使多数点落在直线上，不在直线上的点要均匀分布在直线的两侧，个上，不在直线上的点要均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不考虑这样，就可减别偏离直线太远的点可舍去不考虑这样，就可减小偶然误差，提高测量精度电源内电阻较小时小偶然误差，提高测量精度电源内电阻较小时U的的变化较小，可以通过将变化较小，可以通

19、过将I轴向轴向U轴的正方向平移的方轴的正方向平移的方法来使图线更完整，图线斜率的绝对值仍是电源的法来使图线更完整，图线斜率的绝对值仍是电源的内电阻内电阻(3)造成实验误差的主要原因是未考虑电压表的造成实验误差的主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流流(即流过电源的电流即流过电源的电流)要小一些作图不准确也造成要小一些作图不准确也造成偶然误差偶然误差【例例2】 下面是在测某电池的电动势和内电阻下面是在测某电池的电动势和内电阻的实验中记录的六组数据请在直角坐标系中画出的实验中记录的六组数据请在直角坐标系中画出UI图像，并根

20、据图像算出待测电池的电动势和内图像，并根据图像算出待测电池的电动势和内电阻电阻.U/V1.371.321.241.181.101.05I/A0.120.200.310.320.500.57解析解析：建立坐标系，利用描点法画出：建立坐标系，利用描点法画出UI图像图像如下图所示第四个点明显偏离，视为偶然误差造如下图所示第四个点明显偏离，视为偶然误差造成的，应舍去成的，应舍去直线与纵轴的交点坐标即为电源的电动势直线与纵轴的交点坐标即为电源的电动势E1.47 V，直线的斜率大小即为电源内电阻直线的斜率大小即为电源内电阻r0.75 .答案答案：1.47 V0.75 【题后反思题后反思】 运用图像处理实验

21、结果有两种情况：运用图像处理实验结果有两种情况：一种是根据图像发现规律，这在探索性实验中应用较一种是根据图像发现规律，这在探索性实验中应用较多；另一种是根据图像的性质求出有关物理量，本题多；另一种是根据图像的性质求出有关物理量，本题的应用就是后者的应用就是后者图图4-2-12答案答案：2.9 V0.9 (1)偶然误差：使用图偶然误差：使用图427实验电路图主要来源于电流实验电路图主要来源于电流表和电压表的读数误差以及作表和电压表的读数误差以及作UI图像时描点不很准确等图像时描点不很准确等(2)系统误差：系统误差来系统误差：系统误差来源于未计电压表分流，近似地将源于未计电压表分流，近似地将电流表的示数看作干路电流实电流表的示数看作干路电流实际上电流表的示数比干路电流略际上电流表的示数比干路电流略小如果由实验得到的数据作出小如果由实验得到的数据作出如图如图4213所示中的实线所示中的实线a，伏安法测伏安法测E、r实验的误差分析实验的误差分析 图图4-2-13那么考虑到电压表的分流后，得到的那么考虑到电压表的分流后，得到的UI图像应图像应是图是图4213中的虚线中的虚线b，由此可见，测出的电源，由此可见，测出的电源电动势电动势E测测E真真，电源内电阻，电源内电阻r测测”“”或或“”) 图图4-2-16解析解析：(1)如图所示此问