【课件】实验：测定电池的电动势和内阻 2023-2024学年高中物理同步备课（人教版2019必修第三册）.pptx
第十二章 电能 能量守恒定律12.3实验：测定电池的电动势和内阻2022-20232022-2023学年高中物理同步备课必修第三册目录contents伏安法01010202伏阻法0303安阻法0404安安法0505伏伏法2、电源电动势与内、外电压关系、电源电动势与内、外电压关系1、闭合电路欧姆定律、闭合电路欧姆定律E EI I短短短短图象在横轴上的截距为短路电流图象在横轴上的截距为短路电流I短短（U=0）图象斜率的绝对值为电源内阻图象斜率的绝对值为电源内阻（I=0）I/I/A AU/U/V V0 0图象在纵轴上的截距为电源的电动势图象在纵轴上的截距为电源的电动势E由由U=E-Ir 可知，可知，U 是是I 的一次函数。的一次函数。知识回顾 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？要不同是什么呢？电动势电动势和和内阻内阻是电源的两个重要参量，若电池的电动势和是电源的两个重要参量，若电池的电动势和内阻未知，我们该如何测量？有哪些测量方法呢？内阻未知，我们该如何测量？有哪些测量方法呢？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。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。新课导入(1)掌握用掌握用电压表电压表和和电流表电流表测定电源电动势和内阻的方法测定电源电动势和内阻的方法.(2)学会用学会用U-I图线处理数据的方法图线处理数据的方法.实验目的实验目的AVKE,r伏安法01（1 1）：路路端电压端电压;：通过电源的电流：通过电源的电流;E E：待待测电动势测电动势；r r:待待测内测内阻阻；（2 2）只要测出几组（至少两组）只要测出几组（至少两组）U U、I I值就可求出值就可求出E E、r r闭合电路的欧姆定律：闭合电路的欧姆定律：E=U1+I1rE=U2+I2r1、基本原理AVSE,r电流电流表表外外接接法法AVSE,r电流电流表表内内接接法法2、电路设计 通过改变多次滑动变阻器的阻值（外电阻），测出相应的外电压（伏特通过改变多次滑动变阻器的阻值（外电阻），测出相应的外电压（伏特表读数）、电流（安培表读数），利用解方程的办法或图象法求得电动势表读数）、电流（安培表读数），利用解方程的办法或图象法求得电动势E和内阻和内阻r。注意：这里注意：这里“外接法外接法”是相对于电源来说的，而不是滑动变阻器。是相对于电源来说的，而不是滑动变阻器。电流表电流表电压表电压表滑动变阻器滑动变阻器开关、导线及坐标纸、铅笔开关、导线及坐标纸、铅笔(选择量程接近电源电动势选择量程接近电源电动势)选用阻值较小的选用阻值较小的,最最大阻值大阻值1010 20 20 被被测电池测电池（干电池）（干电池）3、实验器材AVSR电流电流表表外外接接法法4、实物图连接2.2.把把变阻器的滑动片移变阻器的滑动片移到到使阻值最大的使阻值最大的一一端端；3.3.闭闭合开关，调节变阻器合开关，调节变阻器，使，使电流表有明显示数电流表有明显示数，记，记录一组电流表和电录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测压表的示数，用同样的方法测量并量并记录几组记录几组I I和和U U的值；的值；4.4.断断开开关，整理好器材；开开关，整理好器材；1.1.确确定电流表、电压表的量程，按原理图定电流表、电压表的量程，按原理图连接连接电路；电路；5、实验步骤AVSR方法一：公式法方法一：公式法E=U2+I2rE=U1+I1rAVSR电流电流表表外外接接法法6、数据处理 改变改变R R的值，从电流表和电压表中读取两组的值，从电流表和电压表中读取两组I I、U U的值，代入方程组联立的值，代入方程组联立求解，多测量几次求解，多测量几次I I、U U的值，算出的值，算出E E、r r取平均值。取平均值。注意：注意：利用解方程组的方法求解利用解方程组的方法求解E E和和r r的优点是简单的优点是简单,缺点则是有可能产生较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大的误差，因此一般采用图象法求解E E和和r r。I I短短E EU轴轴截截距距等等于于电电动动势势E在坐标纸上以在坐标纸上以I I为横坐标，为横坐标，U U为纵坐标，为纵坐标，用测出几组的用测出几组的U U、I I值画出值画出U-IU-I图象。图象。r是是直线的斜率的绝对值直线的斜率的绝对值短路电流短路电流纵坐标可以不从纵坐标可以不从0 0开始开始EIr=短方法二：图像法方法二：图像法1.1.电键闭合前，变阻器滑片应置于阻值最大位置处电键闭合前，变阻器滑片应置于阻值最大位置处;2.2.使用使用内阻较大一些的旧电池内阻较大一些的旧电池。在实验中。在实验中不要将电流调得太大不要将电流调得太大，每次，每次读完数后立读完数后立即断电即断电，以免使电动势和内阻发生变化，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，比较大，但不够稳定，测量前要做好充分的准备，测量尽量迅速测量尽量迅速;3.3.要测出要测出不少于不少于6 6组、数据组、数据，且变化范围要大一些，且变化范围要大一些;4.4.画画图线时，应使图线时，应使图线通过尽可能多的点图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布，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在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去;7、注意事项5.5.画画U-I 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，（但横坐标必须从的值开始，（但横坐标必须从0 0开始开始)但这时图线与横轴的交点不再是短路电流，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而图线与纵轴的截距仍为电动势E E，图线的斜率的绝对值仍为内阻，图线的斜率的绝对值仍为内阻r;r;6.6.画画U-I U-I 图线时，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；宜，不能使图线位于某一角上；7.使用使用 U-I U-I 图线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源的内阻 r。8、实验视频拓展：伏安法 系统误差分析（1 1）电压表内阻越大，电压表内阻越大，电压表分流越小，电压表分流越小，系统误差越小。系统误差越小。（2 2）电压表内阻已知，可求流过电压表的电流，可消除电压表内阻已知，可求流过电压表的电流，可消除系统误差。系统误差。1.1.误差来源：误差来源：电压表分流。电压表分流。路端电压越大，电路端电压越大，电压表分流越多。压表分流越多。U-IU-I图像修正如图所示。图像修正如图所示。电电流流表表外外接接法法AVSE,r2.2.E测测E真真 r测测r真UIO测量值测量值真实值真实值适用适用情况情况内阻内阻 r很大很大(水果电池水果电池)滑动变阻器滑动变阻器R阻值要大阻值要大（1 1）电流表内阻越小，电流表内阻越小，电流表分压越小，电流表分压越小，系统误差越小系统误差越小（2 2）电流表内阻已知，可电流表内阻已知，可求电流表两端电压，可求电流表两端电压，可消除系消除系统误差。统误差。3.3.说明说明：方法一：U-I图像修正法电流表分压电流表分压UA不考虑电表影响不考虑电表影响考虑电表影响考虑电表影响解解得得解解得得方法二：计算法（外接）对比系数得：r r测测 r r真真 E E测测 r E测测=E解解得得解解得得AVSE,r方法二：计算法（内接）电流电流表内接表内接法法对比系数得：r r测测 rr真真 E E测测=E=E真真AVS乙R方法二：计算法（内接）另解r 测 rE测 E 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：联的阻值。即：电电流流表表外外接接法法AVSE,r方法三：等效电源法 把电流表和电源等效为把电流表和电源等效为一新电源一新电源，如图虚线框所示，这个等效电，如图虚线框所示，这个等效电源的内阻源的内阻r r测测为为r r和和R RA A的串联总电阻，也就是测量值，的串联总电阻，也就是测量值，即即E E测测 =E=E等等效电源的电动势为电流表和效电源的电动势为电流表和电源串联后的路端电压，也就电源串联后的路端电压，也就是测量值，是测量值，即即电电流流表表内内接接法法方法三：等效电源法AVSE,r基本基本电路电路误差误差分析分析 原因原因:电压表分流电压表分流 结果结果:E测测E真真,r测测r真真U-I斜率斜率适用适用条件条件内阻内阻 r很小很小(干电池干电池)滑动变阻器滑动变阻器R阻值要小阻值要小内阻内阻 r很大很大(水果电池水果电池)滑动变阻器滑动变阻器R阻值要大阻值要大与前面伏安法测电阻与前面伏安法测电阻中讲的中讲的“大内偏大，大内偏大，小外偏小小外偏小”也吻合。也吻合。伏阻法2 采采用一个电阻箱、一块电压表、一个电键和导线若干用一个电阻箱、一块电压表、一个电键和导线若干,测量一测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。节使用过的干电池的电动势和内阻。原理：原理：V E rSR实验原理方法二:图象法误差来源：误差来源：电压表的分流。电压表内阻已知，可消除系统误差。电压表的分流。电压表内阻已知，可消除系统误差。E测E真 r测r真方法一:公式法数据处理安阻法3 采采用一个电阻箱、一块电流表、一个电键和导线若干用一个电阻箱、一块电流表、一个电键和导线若干,测量一测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。节使用过的干电池的电动势和内阻。原理：原理：E=I（R+r)ASE,rR实验原理误差来源：误差来源：电流表的分压。电流表内阻已知，可消除系统误差。电流表的分压。电流表内阻已知，可消除系统误差。E测=E真 r测r真方法一:公式法方法二:图象法 E测测=I1(R1+r)E测测=I2(R2+r)数据处理E测测=I1（R1+r测测）E测测=I2（R2+r测测）E真真=I1（R1+RA+r真真）E真真=I2（R2+RA+r真真）1.1.不考虑不考虑电流表内阻时，得出的是电流表内阻时，得出的是E E，r r的测量值的测量值2.2.考虑考虑电流表内阻时，得出的是电流表内阻时，得出的是E E，r r的真实值的真实值结论：结论：E测测=E真真r测测r真真ASE,rR误差分析安安法4 采采用一用一个定值电阻、两块个定值电阻、两块电流表、一个电键和导线若干电流表、一个电键和导线若干,测量测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。一节使用过的干电池的电动势和内阻。原理：原理：E=U+IrE=U+IrA2SE,rRA1A2SE,rRA1实验原理伏伏法5采采用一用一个定值电阻、两块电压表个定值电阻、两块电压表、一个电键和导线若干、一个电键和导线若干,测量一节使测量一节使用过的干电池的电动势和内阻。用过的干电池的电动势和内阻。原理：原理：E=U+IrE=U+IrSE,rRV2V1SE,rRV2V1实验原理典例分析6【例题】在用电压表、电流表测两节干电池串联的电动势和内阻时【例题】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，除备有被测电池电池 、开关和足够的导线外、开关和足够的导线外 ，还备有下列仪器可供选择：，还备有下列仪器可供选择：A.A.电流表电流表(0(00.6 A)B.0.6 A)B.电流表电流表(0(03 A)3 A)C.C.电压表电压表(0(03 V)D.3 V)D.电压表电压表(0(015 V)15 V)E.E.滑动变阻器滑动变阻器(20(20，2 A)2 A)F.F.滑动变阻器滑动变阻器(1700(1700，0.3 A)0.3 A)应该选用的仪器是应该选用的仪器是 _ (_ (填器材前面的选项字母填器材前面的选项字母)。ACEACE【例题】【例题】一个学生利用实验方法测得数据一个学生利用实验方法测得数据,根据这些数据根据这些数据,画出了如图所示的画出了如图所示的U UI I 图象图象,从图中可得出电源电动势为从图中可得出电源电动势为 _V_V，内阻为，内阻为_。2.92.6【例题】【例题】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中错误的是 ()()A 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 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 C根据实验记录的数据作根据实验记录的数据作U-IU-I图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，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并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧D.D.出于安全的考虑，在选择电表时，量程越大越好出于安全的考虑，在选择电表时，量程越大越好DE rAR1 R2【例题】【例题】如图示的电路中，如图示的电路中，R R1 1 、R R2 2为标准电阻，测定电源为标准电阻，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，则电动势的测量值势的测量值 真实值，内阻的测量值真实值，内阻的测量值 真实值，真实值，产生误差的原因是产生误差的原因是 。等于等于大于大于电流表有内阻电流表有内阻【例题】【例题】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，可以达到测定目的哪组仪器，可以达到测定目的 （）A.A.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B.B.一只电流表和一只电压表一只电流表和一只电压表C.C.一只电流表和一个电阻箱一只电流表和一个电阻箱D.D.一只电压表和一个电阻箱一只电压表和一个电阻箱C DC D【例题】【例题】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.A.由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值小于真实由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值小于真实 值；值；B.B.由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值大于真实值；由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值大于真实值；C.C.由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值小于真实值；由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值小于真实值；D.D.由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值大于真实值；由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值大于真实值；vA解：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，由于电压表的分流作用，对于每个电压值U1，测，测得的电流得的电流IA小于总电流小于总电流I1，U越大，越大，I A跟跟I1相差越大，相差越大，画出的图线应为实线所示：画出的图线应为实线所示：UIU1IAI1所以内电阻的测量值小于真实值。所以内电阻的测量值小于真实值。C C【例题】在用伏安法测电池电动势和内阻的实验中，一位同学记录了【例题】在用伏安法测电池电动势和内阻的实验中，一位同学记录了6组数据组数据(如下表如下表)。(1)根据数据选定下列供选用仪器，并按本实验要求：电流表量程选根据数据选定下列供选用仪器，并按本实验要求：电流表量程选_A，电压表量程，电压表量程选选_V，滑动变阻器选，滑动变阻器选_。干电池干电池(E1.5 V)；直流电流表直流电流表(00.60 A挡，挡，内阻内阻0.1)，(03.00 A挡，内阻为挡，内阻为0.02)；直流电压表直流电压表(03.00 V挡，内阻挡，内阻5 k)，(015.0 V挡，内阻为挡，内阻为25 k)；滑动变阻器滑动变阻器(010，允许最大电流为，允许最大电流为1.00 A)；滑动变阻器滑动变阻器(01 000，允许最大电流为，允许最大电流为0.60 A)；开关一个、导线若干。在图开关一个、导线若干。在图3-3甲实物图中按所选甲实物图中按所选规格连线。规格连线。(2)根据记录数据在图乙所示的坐标纸上作根据记录数据在图乙所示的坐标纸上作UI图线，图线，并根据图线求出并根据图线求出E_，r_。0.603.000101.45V0.70开关未断开电阻箱的阻值为01.331.21.301.36均可1.01.4均可2.91.21.1.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，配合下列仪器可以达到的实验目的的是（下列仪器可以达到的实验目的的是（）A.A.一只电流表和一个电阻箱一只电流表和一个电阻箱 B.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.C.一只电压表和一个电阻箱一只电压表和一个电阻箱 D.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ABCABC小试牛刀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，内阻约 1，电压表，电压表(0 3 V,3 k),电流表电流表(0 0.6 A,1.0 ),滑动变阻器有滑动变阻器有 R1(10 ，2 A)和和 R2(100，0.1 A)各一只。各一只。(1)实验中滑动变阻器应选用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。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在实验中测得多组电压和电流值,得到如图丙所示的得到如图丙所示的 U I 图线图线,由图线可较准确求由图线可较准确求出该电源电动势出该电源电动势 E =V;内阻内阻 r=。1.50 0.1 0.2 0.3 0.40.91.11.31.21.00.81.4I/AU/VR11.500.85AV小试牛刀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)，电流表电流表(0-0.6A，rA=1)，滑动变阻器有，滑动变阻器有R1(10/2 A)和和R2(100/0.1A)。(1)实验中滑动变阻器应选用实验中滑动变阻器应选用 ；(2)为使测量结果为使测量结果准确准确应按应按 电路进行实验；电路进行实验；(3)在实验得到如图的在实验得到如图的 U-I 图线图线,由图线可较准确求出该电源电动势由图线可较准确求出该电源电动势E=V;内内阻阻 r=。AV乙AV甲R1甲1.500.891.50 0.1 0.2 0.3 0.40.91.11.31.21.00.81.4I/AU/V小试牛刀4.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，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，正确的是正确的是()A.由于电流表的分压作用，使由于电流表的分压作用，使E测测E真真B.由于电压表的分流作用，使由于电压表的分流作用，使E测测E真真C.由于电流表的分压作用，使由于电流表的分压作用，使r测测r真真D.由于电压表的分流作用，使由于电压表的分流作用，使r测测r真真 BDAV小试牛刀5.在用图甲所示的电路测电池电动势和内电阻时，由于电压表的分流作用造在用图甲所示的电路测电池电动势和内电阻时，由于电压表的分流作用造成系统误差，图乙所示的成系统误差，图乙所示的UI图象中有两条直线图象中有两条直线AB和和AB，其中一条是根，其中一条是根据实测数据画出的直线，另一条是修正电压表分流所引起的误差得到的直线，据实测数据画出的直线，另一条是修正电压表分流所引起的误差得到的直线，由图可知，正确的是（由图可知，正确的是（）A.AB是根据实测数据画出的直线是根据实测数据画出的直线B.AB是根据实测数据画出的直线是根据实测数据画出的直线C.路端电压路端电压U越大，通过电压表的电流越大越大，通过电压表的电流越大D.由于电压表的分流作用，使电池电动势和内电阻的测由于电压表的分流作用，使电池电动势和内电阻的测量值都小于真实值量值都小于真实值ACD小试牛刀
