（新教材）2022版高中物理人教版必修第三册课件：12.3 实验：测定电池的电动势和内阻 .ppt

1、3.3. 实验：电池电动势和内阻的测量实验：电池电动势和内阻的测量 电动势和内阻都是电池的重要参数。根据闭合电路的欧姆定律，有多种方法电动势和内阻都是电池的重要参数。根据闭合电路的欧姆定律，有多种方法 可以测定电池的电动势和内阻。请你思考并提出一两种实验设计方案。可以测定电池的电动势和内阻。请你思考并提出一两种实验设计方案。 会测量电源的电动势和内阻。会测量电源的电动势和内阻。 1.1.了解测定电源的电动势和内阻的实验原理。了解测定电源的电动势和内阻的实验原理。（物理观念）（物理观念） 2.2.学会用图象进行数据处理的方法。学会用图象进行数据处理的方法。（科学思维）（科学思维） 3.3.会分析

2、本实验的测量误差，了解减小误差的方法。会分析本实验的测量误差，了解减小误差的方法。（科学探究）（科学探究） 体会课堂探究的乐趣，体会课堂探究的乐趣， 汲取新知识的营养，汲取新知识的营养， 让我们一起让我们一起 吧！吧！ 进进 走走 课课 堂堂 1.1. U-I法：法：E=U+Ir 【探究：实验原理探究：实验原理】 情景情景1 1：给你一节使用过的干电池、一个滑动变阻器、一个电流表、一个电给你一节使用过的干电池、一个滑动变阻器、一个电流表、一个电 压表、一个开关和导线若干压表、一个开关和导线若干, ,如何测量这节电池的电动势和内阻如何测量这节电池的电动势和内阻? ? 21 12 21 1221

3、II UU r II UIUI E E=U2+I2r E=U1+I1r A V S R R 方法一：伏安法测电动势和内阻方法一：伏安法测电动势和内阻 情景情景2 2：给你一节使用过的干电池、一个电流表、一个电阻箱、一个开关和给你一节使用过的干电池、一个电流表、一个电阻箱、一个开关和 导线若干导线若干, ,如何测量这节电池的电动势和内阻如何测量这节电池的电动势和内阻? ? 2.2.I-R法：法：E=IR+Ir 方法二：用电流表、电阻箱方法二：用电流表、电阻箱 测电动势测电动势E E和内电阻和内电阻r r 3. U3. U- -R R法：法： V V R R S S 情景情景3 3：给你一节使用过

4、的干电池、一个电压表、一个电阻箱、一个开关和给你一节使用过的干电池、一个电压表、一个电阻箱、一个开关和 导线若干导线若干, ,如何测量这节电池的电动势和内阻如何测量这节电池的电动势和内阻? ? 方法三：用电压表、电阻箱测方法三：用电压表、电阻箱测 电动势电动势E E和内电阻和内电阻r r 一、伏安法测电源电动势和内阻的器材选择：一、伏安法测电源电动势和内阻的器材选择： 电流表：电流表：0 00.6A0.6A 电压表：电压表：0 03V3V 滑动变阻器：阻值较小的滑动变阻器：阻值较小的, ,最大阻值最大阻值10102020 被测干电池：内阻较大被测干电池：内阻较大 开关和导线开关和导线 A V

5、S R 1.1.恰当选择实验器材恰当选择实验器材, ,连接好实物图连接好实物图 二、实验方法和步骤二、实验方法和步骤 2.2.把变阻器的滑片移到电阻值最大的一端。把变阻器的滑片移到电阻值最大的一端。 3.3.闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记闭合开关，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录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并 记录六组记录六组U U、I I值。值。 4.4.断开开关，整理好器材。断开开关，整理好器材。 方法一：公式法方法一：公式法 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

6、、U U的的 值，代入方程组联立求解，多测量几次值，代入方程组联立求解，多测量几次I I、U U的值，的值， 算出算出E E、r r取平均值。取平均值。 11 22 EUI r EUI r 1221 12 21 12 I UI U E II UU r II 三、数据处理三、数据处理 E E 方法二方法二: :图象法图象法 I I短 短 E I r = 短短 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，用测出为纵坐标，用测出 几组的几组的U U、I I值画出值画出U U- -I I图象。图象。 R是直线的斜率的绝对值是直线的斜率的绝对值 U rk I U U 轴截轴截

7、距等距等 于电于电 动势动势 E E 【实验注意事项实验注意事项】 (1)(1)如果使用的是水果电池，它的内阻虽然比较大，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，但不够稳定，测量前要做好充分的准备，测量尽量迅测量尽量迅 速速。如果使用干电池，则选择内阻大些的、已使用过。如果使用干电池，则选择内阻大些的、已使用过 的电池。的电池。 (2)(2)不要将不要将I I调得过大，每次读完调得过大，每次读完U U、I I读数立即断电。读数立即断电。 (3)(3)画画U U- -I I图线时，纵轴的刻度图线时，纵轴的刻度可以不从零开始可以不从零开始, ,而是而是 根据

8、测得的数据从某一恰当的值开始根据测得的数据从某一恰当的值开始( (但横坐标必须但横坐标必须 从从0 0开始开始),),这时图线与横轴的交点不再是短路电流，这时图线与横轴的交点不再是短路电流， 而图线与而图线与纵轴的截距仍为电动势纵轴的截距仍为电动势E E，图线的斜率的绝，图线的斜率的绝 对值仍为内阻对值仍为内阻r r。 四四 误差分析误差分析 1.1.偶然误差偶然误差: :主要来源于电压表和电流表的读数以及主要来源于电压表和电流表的读数以及 作作U U- -I I图象时描点不是很准确。图象时描点不是很准确。 2.2.系统误差系统误差: :系统误差来源于未计电压表分流系统误差来源于未计电压表分流

9、, ,近似近似 地将电流表的示数看作干路电流。实际上电流表地将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小。的示数比干路电流略小。 怎样理解？怎样理解？ 系统误差分析：系统误差分析：如果由实验得到的数据作出甲图中实如果由实验得到的数据作出甲图中实 线线(a)(a)所示的图象，那么考虑到电压表的分流后所示的图象，那么考虑到电压表的分流后, ,得到得到 的的U U- -I I图象应是图中的虚线图象应是图中的虚线(b),(b),由此可见由此可见, ,按乙图所示按乙图所示 的实验电路测出的电源电动势的实验电路测出的电源电动势E E测 测E E真 真, ,电源内电阻 电源内电阻r r测

10、测 r r真 真。 。 甲甲 乙乙 说明说明: : 外电路短路时外电路短路时, ,电流表的示数电流表的示数( (即干路电流的测量即干路电流的测量 值值)I)I测 测等于干路电流的真实值 等于干路电流的真实值, ,所以图中所以图中(a)(b)(a)(b)两图两图 线交于短路电流处。线交于短路电流处。 当路端电压当路端电压( (即电压表示数即电压表示数) )为为U U1 1时时, ,由于电流表示由于电流表示 数数I I1 1测 测小于干路电流 小于干路电流I I1 1真 真, ,所以 所以(a)(b)(a)(b)两图线出现了两图线出现了 甲图所示的差异。甲图所示的差异。 例例1.1.某探究性学习小

11、组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电 流表流表A A1 1的内阻的内阻r r1 1=1.0k=1.0k , ,电阻电阻R R1 1=9.0k=9.0k, ,为了方便读数和作图为了方便读数和作图, ,给电池串联一个给电池串联一个 R R0 0=3.0=3.0的电阻。通过多次改变滑动变阻器触头位置的电阻。通过多次改变滑动变阻器触头位置, ,得到电流表得到电流表A A1 1和和A A2 2的多组的多组 I I1 1、I I2 2数据数据, ,作出图象如图所示。由作出图象如图所示。由I I1 1- -I I2 2图象得到电池

12、的电动势图象得到电池的电动势E=E= V,V,内阻内阻 r=r= 。 答案：答案：1.41(1.361.41(1.361.441.44均可均可) 0.5(0.4) 0.5(0.40.60.6均可均可) ) 电池电动势和内阻的测量电池电动势和内阻的测量 一、一、实验原理实验原理 二、二、实验器材实验器材 三、三、实验电路实验电路 四、四、实验步骤实验步骤 五、五、数据记录和处理数据记录和处理 六、六、误差分析误差分析 七、七、实验方法拓展实验方法拓展 1.1.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 ( )(

13、 ) 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 U- -I I图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不图象时，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 D D 2.2.( (多选多选) )

14、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，可以达到测定目的合下列哪组仪器，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 ACDACD 3.3.用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材: :待测电源待测电源( (电动势约电动势约3V,3V,内

15、内 阻约阻约2 2 ),),保护电阻保护电阻R R1 1( (阻值阻值1010 ) )和和R R2 2( (阻值阻值5 5 ),),滑动变阻器滑动变阻器R,R,电流表电流表A,A,电压表电压表V,V, 开关开关S,S,导线若干。导线若干。 实验主要步骤实验主要步骤: : (1)(1)将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大, ,闭合开关。闭合开关。 (2)(2)逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值, ,记下电压表的示数记下电压表的示数U U和相应电流表的示数和相应电流表的示数I I。 (3)(3)以以U U为纵坐标为纵坐标,I,I为横坐标

16、为横坐标, ,作作U U- -I I图线图线(U(U、I I都用国际单位都用国际单位) )。 (4)(4)求出求出U U- -I I图线斜率的绝对值图线斜率的绝对值k k和在横轴上和在横轴上 的截距的截距a a。 回答下列问题回答下列问题: : (1)(1)电压表最好选用电压表最好选用 ; ;电流表最好选用电流表最好选用 。 A.A.电压表电压表(03 V,(03 V,内阻约内阻约15 k15 k )B.)B.电压表电压表(03 V,(03 V,内阻约内阻约3 k3 k ) ) C.C.电流表电流表(0200 mA,(0200 mA,内阻约内阻约2 2 )D.)D.电流表电流表(030 mA,

17、(030 mA,内阻约内阻约2 2 ) ) (2)(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动滑动变阻器的滑片从左向右滑动, ,发现电压表示数增大。两导线与滑动变阻器发现电压表示数增大。两导线与滑动变阻器 接线柱连接情况是接线柱连接情况是_。 A.A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端接线柱两导线接在滑动变阻器电阻丝两端接线柱 B.B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端接线柱两导线接在滑动变阻器金属杆两端接线柱 C.C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱, ,另一条导线接在电阻丝左端接线柱另一条导线接在电阻丝左端接线柱 D.D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱一条

18、导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱, ,另一条导线接在电阻丝右端接线柱另一条导线接在电阻丝右端接线柱 (3)(3)选用选用k k、a a、R R1 1和和R R2 2表示待测电源的电动势表示待测电源的电动势E E和内阻和内阻r r的表达式的表达式 E=E= ,r=,r= , ,代入数值可得代入数值可得E E和和r r的测量值。的测量值。 答案答案:(1)A:(1)A C C (2)C(2)C (3)ka(3)ka k k- -R R2 2 4.(20184.(2018江苏高考江苏高考) )一同学测量某干电池的电动势和内阻。一同学测量某干电池的电动势和内阻。 (1)(1)甲图所示是该同学正准备接

19、入最后一根导线甲图所示是该同学正准备接入最后一根导线( (图中虚线所示图中虚线所示) )时的实验时的实验 电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。 ( (2 2) )实验测得的电阻箱阻值实验测得的电阻箱阻值R R和电流表示数和电流表示数I,I,以及计算的以及计算的 数据见表数据见表: : 根据表中数据根据表中数据, ,在方格纸上作出在方格纸上作出R R- - 关系图象关系图象。由图象可计算出由图象可计算出 该干电池的电动势为该干电池的电动势为_V_V; ;内阻为内阻为_ 。 (3)(3)为了得到更准确的测量结果为了得到更准确的测量结果,

20、,在测出上述数据后在测出上述数据后, ,该同学将一只量程为该同学将一只量程为100 mV100 mV 的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱, ,当电流表的示数为当电流表的示数为0.33 A0.33 A时时, ,电压表电压表 的指针位置如乙图所示的指针位置如乙图所示, ,则该干电池的电动势应为则该干电池的电动势应为_V;V;内阻应为内阻应为_ 。 1 I 1 I 答案答案:(1):(1)开关未断开开关未断开 电阻箱阻值为零电阻箱阻值为零 (2)(2)如图所示如图所示 1.4(1.301.4(1.301.441.44都算对都算对) ) 1.2(1.01.2(

21、1.01.41.4都算对都算对) ) (3)1.4(3)1.4结果与结果与(2)(2)问第一个空格一致问第一个空格一致 1.01.0结果比结果比(2)(2) 问第二个空格小问第二个空格小0.20.2 5.5.在本节实验中，一位同学记录了如下表数据在本节实验中，一位同学记录了如下表数据 次数次数 物理量物理量 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 电流电流I I(A)(A) 0.120.12 0.200.20 0.310.31 0.320.32 0.440.44 0.570.57 电压电压U U(V)(V) 1.371.37 1.321.32 1.241.24 1.181.18 1.1

22、31.13 1.051.05 (1)(1)根据数据选定下列供选用仪器的量程：根据数据选定下列供选用仪器的量程： 直流电流表直流电流表(0(00.6 A0.6 A挡挡) )，(0(03 A3 A挡挡) )； 直流电压表直流电压表(0(03 V3 V挡挡) )，(0(015 V15 V挡挡) )； 滑动变阻器滑动变阻器(0(010 10 ，允许最大电流为，允许最大电流为1.00 A)1.00 A)； 滑动变阻器滑动变阻器(0(01 000 1 000 ，允许最大电流为，允许最大电流为 0.60 A)0.60 A)。 (2)(2)根据数据在下列所给的坐标纸上作根据数据在下列所给的坐标纸上作U U-

23、-I I图线，图线， 并根据图线求出并根据图线求出E E和和r r。 0 0 【解题关键解题关键】U U- -I I图象的纵轴起点不是图象的纵轴起点不是0 0，求解，求解 斜率要注意，横轴截距也不是短路电流。斜率要注意，横轴截距也不是短路电流。 【解析解析】 (1)(1)根据记录数据和电流、电压有效数字位数，电流表选根据记录数据和电流、电压有效数字位数，电流表选0.6A0.6A 量程，电压表选量程，电压表选3V3V量程，变阻器选择量程，变阻器选择0 010 10 。 (2)U(2)U- -I I图象如图，由图线知图象如图，由图线知E=1.45VE=1.45V 只有一条路不能选择那就是放弃的路； 只有一条路不能拒绝那就是成长的路。