【物理】实验：电池电动势和内阻的测量课件-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

教学课件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01020304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PART1一、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0.6A量程，电压表用3V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vAI实=IA+IV=(IA+U/RV)UIE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)。。abErR图A。。abE’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）。。abEr图CR。。abE’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=

<r真;等效电源的电动势为电压表和电源组成回路的路端电压,即E测=

E真<E真。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。vA（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=

-RA<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AVIEIUVUU路E真∴E测

=E真r测

>r真U路=UA+UV=(IRA+UV)IRA

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AV安阻法测电动势和内阻PART2二、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)ASE,rR（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PART3

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：VE

rSR三、伏阻法测电动势和内阻（1）方法：不改变电阻箱阻值，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PART4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）A2SE,rRA1A2SE,rRA1计算式：E=I2R+(I1+I2)r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PART5五、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）SE,rRV2V1SE,rRV2V1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.1.51.0(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1.5V，内阻小于1Ω)；电压表V(量程3V，内阻约3kΩ)；电流表A(量程0.6A，内阻约1Ω)；滑动变阻器R(最大阻值为20Ω)；定值电阻R1(阻值2Ω)；定值电阻R2(阻值5Ω)；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1234567I/A