【物理】實(shí)驗(yàn)：電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量課件-2024-2025學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）必修第三冊(cè)

教學(xué)課件12.3實(shí)驗(yàn)：電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量復(fù)習(xí)回顧：1、什么電源的總功率和內(nèi)部消耗的功率以及輸出功率？2、當(dāng)外電路是純電阻電路時(shí)，什么條件輸出功率最大？3、定值電阻的功率什么條件下最大？4

、什么是電源的效率？5、

判定總電阻變化情況的規(guī)律？6、閉合電路動(dòng)態(tài)分析的方法？7、含容電路的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析？8、如何分析電路的故障？伏安法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻安阻法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻伏阻法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻安安法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻01020304目錄CONTENTS伏伏法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻05不同的直流電源有不同的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。而且電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻也不是一層不變的。隨著用電時(shí)間的增加，一般電動(dòng)勢(shì)會(huì)減小內(nèi)阻會(huì)增加。當(dāng)我們要用一個(gè)直流電源做實(shí)驗(yàn)時(shí)，就需要準(zhǔn)確知道電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。那么如何測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻呢？有幾種方法可以測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻呢？伏安法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻PART1一、伏安法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。2．加深對(duì)閉合電路的歐姆定律的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理1．如圖甲或乙所示，改變R的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組I、U值，利用閉合電路的歐姆定律求出幾組E、r值，最后分別算出它們的平均值。電流表外接法電流表內(nèi)接法注意：這里“內(nèi)外接法”是相對(duì)于電源來(lái)說(shuō)的，而不是滑動(dòng)變阻器。2．用圖像法處理數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上以I為橫坐標(biāo)，U為縱坐標(biāo)，用測(cè)出的幾組I、U值畫出U－I圖像，如圖丙所示，直線跟縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示電源電動(dòng)勢(shì)E的值，圖線斜率的絕對(duì)值即電源內(nèi)阻r的值。三、實(shí)驗(yàn)器材電池、電壓表、電流表、滑動(dòng)表足球、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙和刻度尺。四、連接電路五、實(shí)驗(yàn)步驟1．電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，按實(shí)驗(yàn)原理圖甲或乙連接好電路。2．把滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)到接入電路阻值最大的一端。3．閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1)，用同樣方法測(cè)量出6組I、U的值，填入表格中。4.斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材。六、數(shù)據(jù)處理1．公式法將6組對(duì)應(yīng)的U、I數(shù)據(jù)代入關(guān)系式：U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r、…，讓第1式和第4式聯(lián)立方程，第2式和第5式聯(lián)立方程，第3式和第6式聯(lián)立方程，這樣解得三組E、r，取其平均值作為電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。2．圖像法在坐標(biāo)紙上以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立U－I坐標(biāo)系，在坐標(biāo)系內(nèi)描出各組(I，U)值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后作一條使落在線上的點(diǎn)盡量多的直線，不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)，則直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即電源電動(dòng)勢(shì)的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線的斜率絕對(duì)值即電源的內(nèi)阻r，即r＝

。七、注意事項(xiàng)1．為了使電路的路端電壓變化明顯，應(yīng)選內(nèi)阻大些的電池。2．電流不要過(guò)大，讀數(shù)要快。干電池在大電流放電時(shí)，電動(dòng)勢(shì)E會(huì)明顯下降，內(nèi)阻r會(huì)明顯增大。3．合理選擇標(biāo)度：為使圖線分布空間大，如圖所示，縱坐標(biāo)可以不從零開始，則圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流，而圖線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值仍為電動(dòng)勢(shì)大小，電源內(nèi)阻根據(jù)r＝

確定。4．要測(cè)出不少于6組的(I、U)數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些。8.誤差分析（1）外接法(相對(duì)電源)的系統(tǒng)誤差分析如圖①:通過(guò)理論推導(dǎo)分析誤差實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí),若不考慮電流表和電壓表的內(nèi)阻,根據(jù)閉合電路歐姆定律有E測(cè)=U1+I1r測(cè),E測(cè)=U2+I2r測(cè),解得E測(cè)=

,r測(cè)=

。若考慮電流表和電壓表的內(nèi)阻,根據(jù)閉合電路歐姆定律有E=U1+

r,E=U2+

r,解得E=

>E測(cè),r=

>r測(cè)。E測(cè)=r測(cè)=比較得E測(cè)

<E真

r

測(cè)<r

真

②通過(guò)圖像分析誤差vAI實(shí)=IA+IV=(IA+U/RV)UIE測(cè)IA∴E測(cè)<E真r測(cè)<r真E真IV求等效電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻：

情況1：把圖A的電路等效為圖B的電源：（串聯(lián)等效型電源)。。abErR圖A。。abE’r’圖B情況2：把圖C的電路等效為圖D的電源：（并聯(lián)型等效電源）。。abEr圖CR。。abE’r’圖D

③等效法分析誤差從電路的角度看,電壓表可看成內(nèi)電路的一部分,故實(shí)際測(cè)出的是電源和電壓表這一整體的等效內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)(r測(cè)和E測(cè));等效電源的內(nèi)阻為電壓表內(nèi)阻和電源內(nèi)阻的并聯(lián)值,即r測(cè)=

<r真;等效電源的電動(dòng)勢(shì)為電壓表和電源組成回路的路端電壓,即E測(cè)=

E真<E真。由以上分析還可以知道,要減小誤差,所選擇的電壓表內(nèi)阻應(yīng)適當(dāng)大些,使得RV?r,這種

電路圖適用于測(cè)量?jī)?nèi)阻小的電源,如干電池。外接法(相對(duì)電源):根據(jù)小外皆偏小結(jié)論，適合于測(cè)小內(nèi)阻電源，如：干電池。vA（2）內(nèi)接法(相對(duì)電源)的系統(tǒng)誤差分析如圖①:通過(guò)理論推導(dǎo)分析誤差實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí),若不考慮電流表和電壓表的內(nèi)阻,根據(jù)閉合電路歐姆定律有E測(cè)=U1+I1r測(cè),E測(cè)=U2+I2r測(cè),解得E測(cè)=

,r測(cè)=

若考慮電流表和電壓表的內(nèi)阻,根據(jù)閉合電路歐姆定律有E=U1+I1r+I1RA,E=U2+I2r+I2RA,

解得E=

=E測(cè),r=

-RA<r測(cè)。E測(cè)=r測(cè)=比較得E測(cè)

=

E真

r

測(cè)＞

r

真

②通過(guò)圖像分析誤差A(yù)VIEIUVUU路E真∴E測(cè)

=E真r測(cè)

>r真U路=UA+UV=(IRA+UV)IRA

③等效法分析誤差從電路的角度看,電流表可看成內(nèi)電路的一部分,故實(shí)際測(cè)出的是電源和電流表這一整體的等效內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)(r測(cè)和E測(cè))。等效電源的內(nèi)阻為電流表內(nèi)阻和電池內(nèi)阻的串聯(lián)值,所以r測(cè)=r真+RA>r真

;等效電源的電動(dòng)勢(shì)等于電源的電動(dòng)勢(shì),即E測(cè)=E真。由以上分析還可以知道,要減小誤差,電流表的內(nèi)阻需很小,使得RA?r

,這種電路圖適用

于測(cè)量?jī)?nèi)阻大的電源,如水果電池。內(nèi)接法:根據(jù)大內(nèi)一偏大結(jié)論，適合于測(cè)大內(nèi)阻電源，如：水果電池。而且如果題目中電流表的內(nèi)阻已知，必選內(nèi)接法測(cè)電阻AV安阻法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻PART2二、安阻法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

采用一個(gè)電阻箱、一塊電流表、一個(gè)電鍵和導(dǎo)線若干,測(cè)量一節(jié)使用過(guò)的干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。原理：E=I（R+r)ASE,rR（1）方法：改變電阻箱阻值，讀出并記錄多組對(duì)應(yīng)電阻、電流表示數(shù)（2）原理式：（3）數(shù)據(jù)處理：①計(jì)算法：②圖像法：解方程求平均值求斜率K，利用斜率K=r/E,縱截距為1/E求電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻（4）誤差分析：電流表分壓,相當(dāng)于電流表內(nèi)接法，大內(nèi)一偏大：E測(cè)=E真

r測(cè)>r真（5）減小誤差方法：盡可能用小阻值電流表;或RA已知，對(duì)誤差補(bǔ)償安阻法（電流表一表兩用）：伏阻法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻PART3

采用一個(gè)電阻箱、一塊電壓表、一個(gè)電鍵和導(dǎo)線若干,測(cè)量一節(jié)使用過(guò)的干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。原理：VE

rSR三、伏阻法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻（1）方法：不改變電阻箱阻值，讀出并記錄多組對(duì)應(yīng)電阻、電壓表示數(shù)（2）原理式：（3）數(shù)據(jù)處理：①計(jì)算法：②圖像法：解方程求平均值求斜率K，利用斜率K=r/E,縱截距為1/E求電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻（4）誤差分析：電壓表分流,相當(dāng)于電流表外接法，小外皆偏小：E測(cè)＜E真

r測(cè)＜r真（5）減小誤差方法：盡可能用大阻值電壓表;或RV已知，對(duì)誤差補(bǔ)償伏阻法（電壓表一表兩用）（阻是電阻箱不是變阻器也不是定值電阻）：安安法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻PART4采用一個(gè)定值電阻、一個(gè)滑動(dòng)變阻器、兩塊電流表、一個(gè)電鍵和導(dǎo)線若干,測(cè)量一節(jié)使用過(guò)的干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。四、安安法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻安安法（流阻替代電壓表）A2SE,rRA1A2SE,rRA1計(jì)算式：E=I2R+(I1+I2)r計(jì)算式：E=I2R+I1r相當(dāng)于電流表外接法相當(dāng)于電流表內(nèi)接法小外皆偏?。篍測(cè)＜E真

r測(cè)＜r真大內(nèi)一偏大：E測(cè)=E真

r測(cè)>r真伏伏法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻PART5五、伏伏法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻采用一個(gè)定值電阻、兩塊電壓表、一個(gè)互動(dòng)變阻器、一個(gè)電鍵和導(dǎo)線若干,測(cè)量一節(jié)使用過(guò)的干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。伏伏法（壓阻替代電流表）SE,rRV2V1SE,rRV2V1計(jì)算式：E=U2+(U1/R)r計(jì)算式：E=U2+(U1/R)r相當(dāng)于電流表外接法相當(dāng)于電流表內(nèi)接法小外皆偏?。篍測(cè)＜E真

r測(cè)＜r真大內(nèi)一偏大：E測(cè)=E真

r測(cè)>r真例1、在“電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量”的實(shí)驗(yàn)中，已連接好部分實(shí)驗(yàn)電路．(1)按圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，把圖乙中剩余的電路連接起來(lái)．(2)在圖乙的電路中，為避免燒壞電表，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于_________(填“A”或“B”)端．B第二部分點(diǎn)擊在此輸入你的標(biāo)題內(nèi)容(3)圖丙是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的U－I圖像，由圖可知，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝___________V，內(nèi)阻r＝__________Ω.1.51.0(4)利用該實(shí)驗(yàn)電路測(cè)出的電動(dòng)勢(shì)E測(cè)和內(nèi)阻r測(cè)與真實(shí)值E真和r真相比，理論上E測(cè)_______E真，r測(cè)_________r真．(均填“>”“<”或“＝”)<<例2、實(shí)驗(yàn)方案對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的精度有直接的影響，某學(xué)習(xí)小組對(duì)“測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了探究。實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：干電池一節(jié)(電動(dòng)勢(shì)約1.5V，內(nèi)阻小于1Ω)；電壓表V(量程3V，內(nèi)阻約3kΩ)；電流表A(量程0.6A，內(nèi)阻約1Ω)；滑動(dòng)變阻器R(最大阻值為20Ω)；定值電阻R1(阻值2Ω)；定值電阻R2(阻值5Ω)；開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。(1)該小組按照?qǐng)D甲所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值使電流表示數(shù)逐漸接近滿偏，記錄此過(guò)程中電壓表和電流表的示數(shù)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在U－I坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖乙所示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)的變化范圍比較小，出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是______。(單選，填正確答案標(biāo)號(hào))A．電壓表分流B．干電池內(nèi)阻較小C．滑動(dòng)變阻器最大阻值較小D．電流表內(nèi)阻較小B(2)針對(duì)電壓表示數(shù)的變化范圍比較小的問(wèn)題，該小組利用實(shí)驗(yàn)室提供的器材改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)方案，重新測(cè)量得到的數(shù)據(jù)如表所示。序號(hào)1234567I/A