鲁科版 (2019)必修 第三册科学测量:电源的电动势和内阻课堂教学ppt课件

这是一份鲁科版 (2019)必修 第三册科学测量:电源的电动势和内阻课堂教学ppt课件，共53页。PPT课件主要包含了实验能力自测，典例探究分析等内容，欢迎下载使用。
1.掌握利用伏安法测量电源电动势和内阻的方法，会进行实验操作，进一步理解路端电压随电流的变化关系。2.能分析伏安法测量电源电动势和内阻的误差，了解测量中减小误差的方法。3.理解伏阻法、安阻法和安安法的测量原理。4.熟练掌握利用图像处理实验数据的方法。
一、实验目的1.测量电源的电动势和内阻。2.学习通过计算和作图分析处理实验数据。二、实验器材电流表、电压表、滑动变阻器、____________、开关、导线等。
三、实验原理与设计1.原理图如图所示。
四、实验步骤1.电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3 V量程，按实验原理图连接好电路。2.把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路中的阻值最大。3.闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)。用同样的方法测量几组I、U值。4.断开开关，整理好器材。5.处理数据，用公式法或图像法求出电池的电动势和内阻。
五、数据分析1.公式法依次记录的多组数据(一般6组)如表所示：
2.图像法(1)根据多次测出的U、I值，作U－I图像。(2)将图线两侧延长，纵轴截距的数值就是电池电动势E。
六、注意事项1.器材或量程的选择(1)电池：为了使路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池。(2)电压表的量程：实验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于1.5 V的前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为0～3 V的电压表。(3)电流表的量程：对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5 A，故电流表的量程选0～0.6 A的。(4)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，滑动变阻器选择阻值较小一点的。
2.电路的选择：伏安法测电源电动势和内阻有两种接法，由于电流表内阻与干电池内阻接近，所以电流表相对电池应采用外接法，即一般选择误差较小的电路图甲。
3.实验操作：电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A。因此，实验中不要将I调得过大，读电表示数要快，每次读完后应立即断电。
七、误差分析1.偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作U－I图像时描点不准确。
2.系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些。U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U－I坐标系中表示出来，如图所示，可见E测＜E真，r测＜r真。
探究2　安阻法测电源电动势和内阻
探究1　伏安法测电源电动势和内阻
探究3　伏阻法测电源电动势和内阻
探究4　安安法测电源电动势和内阻
例1 利用如图甲所示的电路可以测定一节干电池的电动势和内电阻。
(1)现有电压表(0～3 V)、开关和导线若干，以及下列器材：A.电流表(0～0.6 A)B.电流表(0～3 A)C.滑动变阻器(0～20 Ω)D.滑动变阻器(0～100 Ω)
实验中电流表应选用________，滑动变阻器应选用________(选填器材前的字母)。
(2)在图乙中用笔画线代替导线，按图甲将电路连线补充完整。(3)实验中，某同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图丙的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U－I图线。
(4)根据图丙可得电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω。
解析　(1)一节干电池的电动势约1.5 V，根据题给滑动变阻器规格知电流表选择A；为了方便实验，滑动变阻器应选择最大阻值较小的C。
(2)根据电路图连接实物图，滑动变阻器“一上一下”串联接入电路，电压表并联在变阻器和电流表两端，如图甲所示。
(3)描点连线，得U－I图像如图乙所示。
(4)在电源的U－I图像中，图线的纵轴截距表示电源电动势，则有E＝1.45 V
答案　(1)A　C　(2)见解析图甲　(3)见解析图乙 (4)1.45　0.83
训练1 在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中，供选用的器材有：A.电流表(量程：0～0.6 A，RA＝1 Ω)B.电流表(量程：0～3 A，RA＝0.6 Ω)C.电压表(量程：0～3 V，RV＝5 kΩ)D.电压表(量程：0～15 V，RV＝10 kΩ)E.滑动变阻器(0～10 Ω，额定电流1.5 A)F.滑动变阻器(0～2 kΩ，额定电流0.2 A)G.待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干
(1)请在下边虚线框中画出本实验的电路图。
(2)电路中电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均用字母代号填写)。
(3)如图所示为实验所需器材，请按原理图连接成正确的实验电路。
答案　(1)如解析图甲所示　(2)A　C　E (3)如解析图乙所示
解析　(1)根据测量电池的电动势和内阻的实验原理，画出实验电路图，如图甲所示。
(2)考虑到待测电源只有一节干电池，电压表应选C；放电电流又不能太大，一般不超过0.5 A，所以电流表应选A；滑动变阻器不能选择阻值太大的，从允许最大电流和减小实验误差的角度来看，应选择电阻较小额定电流较大的滑动变阻器E。
(3)根据实验电路图和所选择的电压表和电流表的量程，连接实物图，如图乙所示。
(1)根据图像可知电池的电动势为________V，内阻为________Ω(两空均保留1位小数)。(2)考虑到电流表内阻的影响，电动势的测量值________实际值，内阻的测量值________实际值(均选填“大于”“小于”或“等于”)。
解析　(1)根据闭合电路欧姆定律E＝I(R＋R0＋r)
(2)考虑到电流表内阻的影响，欧姆定律的表达式应为E＝I(R＋R0＋r＋rA)
图像的斜率不变，也就是电动势的测量值等于真实值，而内阻的测量值应为电源内阻与电流表内阻之和，因此测量值偏大。
答案　(1)12.5　1.0　(2)等于　大于
总结提升 测量电动势和内阻的几种常见图像
例3 某课题研究小组准备测量一个锂电池的电动势和内阻，实验室提供的器材有：A.待测锂电池(电动势E约3.9 V，内阻r约2 Ω，最大电流Im＝0.6 A)；B.理想电压表(量程0～3 V)；C.电阻箱R1(0～99.9 Ω)；D.定值电阻R0＝4.5 Ω；E.开关S一个，导线若干。
(1)课题小组设计了如图甲和图乙所示的两套方案，若要求电压表能够达到满偏，你认为合理的是图________(填“甲”或“乙”)，原因是_________________________________________________________________________。
(2)若某同学在实验过程中，发现调节电阻箱时电压表有示数，但示数不变，则可能的原因是________(填选项序号)。A.连接定值电阻的导线断开B.连接电阻箱的导线将电阻箱短路C.电阻箱调节旋钮失效，调节过程中其电阻恒定不变
解析　(1)合理的方案是图甲。采用图甲所示的方案，当电压表接近满偏时，通过电源的电流约为
(2)若连接定值电阻的导线断开，则电压表不会有示数，A错误；若连接电阻箱的导线将电阻箱短路，则电压表亦被短路，电压表没有示数，B错误；若电阻箱调节旋钮失效，调节过程中其电阻恒定不变，则电阻箱分得的电压一定，电压表的示数即为电阻箱分得的电压，即此时调节电阻箱时电压表有示数，但示数不变，C正确。
例4 某实验小组设计了如图甲所示的电路测量电源的电动势和内电阻。求解下列问题：
(1)因找不到合适量程的电压表，组员将满偏电流为10 mA、内阻为Rg＝90 Ω的电流表A1与电阻箱R1串联改装成量程为9 V的电压表使用，需要将电阻箱R1调成________Ω。
(2)他们将R1按要求调整好后，将R2调整到合适的阻值后保持固定，调整滑动变阻器R的阻值，得到多组电流表A1的示数I1和电流表A2的示数I2，作出了I1随I2变化的图像如图乙所示，若电阻箱R2的阻值为8 Ω，结合该图像可得电源电动势为E＝________V，电源内阻为r＝________Ω(计算结果均保留2位有效数字)。
解析　(1)根据串联规律可得Um＝Ig(Rg＋R1)
(2)根据闭合电路欧姆定律可得
E＝I1(Rg＋R1)＋(I1＋I2)(R2＋r)
则有E＝I1(Rg＋R1)＋I2(R2＋r)
1.(2023·6月浙江选考，16)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中
(1)部分连线如图甲所示，导线a端应连接到________(选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上。正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图乙所示，其示数为________V。
(2)测得的7组数据已标在如图丙所示U－I坐标系上，用作图法求干电池的电动势E＝________V和内阻r＝________Ω(计算结果均保留2位小数)。
答案　(1)B　1.20　(2)1.50　1.04
解析　(1)根据利用电压表和电流表测量干电池电动势和内阻的实验原理，可知导线a应该连接到B接线柱上，测外电路的总电压；根据电压表读数规则可知，电压表示数为1.20 V。
2.利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差。实验室提供的器材有：旧干电池一节(电动势约1.5 V，内阻约1 Ω)电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)电流表A(量程0.6 A，内阻约1 Ω)滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)，开关一个，导线若干。(1)应该选择的实验电路是图中的________(选填“甲”或“乙”)。
(2)根据所选电路图，用笔画线代替导线，请在图丙中完成实物图的连接。
(3)通过多次测量并记录对应的电流表示数I和电压表示数U，利用这些数据画出了U－I图线，如图丁所示。由图线可以得出此干电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω(结果均保留3位有效数字)。
(4)该实验由于系统误差导致电动势测量值________(选填“偏大”“偏小”或“准确”)，内阻测量值________(选填“偏大”“偏小”或“准确”)。
答案　(1)甲　(2)见解析图　(3)1.47　1.34 (4)偏小　偏小
解析　(1)电源内阻较小，接近电流表内阻，为了减小实验误差，所以电流表应相对于电源外接，故选图甲。
(2)根据图甲连接实物图如图所示。
(3)根据闭合电路欧姆定律可得
结合U－I图像可得，电源电动势即为U－I图像的纵轴截距，即E＝1.47 V
内阻为U－I图像的斜率绝对值，即
(4)由以上分析可知，电源电动势的测量值等于U－I图像的纵轴截距，即断路时，电压表测得的是电源两端的电压，由于此时有微弱电流通过电压表，且电源有内阻，故这个值小于电源的电动势，即电源电动势的测量值偏小。
用图甲电路测量电源内阻相当于电流表的外接法，由于电压表分流的作用，所以内阻的测量值小于真实值，即电源内阻的测量值偏小。
3.(2024·福建宁德高二统考期末)利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻，要求尽量减小实验误差。(1)如图所示，应选择的实验电路是________(选填“甲”或“乙”)。
(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数并在图丙中描点，作出U－I图线。(3)由U－I图线求得电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω(结果均保留3位有效数字)。
答案　(1)乙　(2)见解析图　(3)1.48(1.47～1.49均可)　0.857(0.800～0.900均可)
解析　(1)测定一节干电池的电动势和内阻，由于干电池的内阻远小于电压表的内阻，所以电压表的分流几乎可以忽略不计，故应选择的实验电路是乙。
(2)作出U－I图线如图所示
(3)根据闭合电路欧姆定律可得U＝E－Ir
可知U－I图像的纵轴截距等于电动势，则有E＝1.48 V
U－I图像的斜率绝对值等于内阻，则有
4.某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻(R0＝5 Ω)一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图(a)。
(1)在图(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，请把余下电路连接完整。(2)请完成下列主要实验步骤：①检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图(c)所示，读得电阻值是________；②将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49 V；③将开关S2________，电压表的示数是1.16 V；断开开关S1。
(3)使用测得的数据，计算出干电池的电动势是________，内阻是________(计算结果保留小数点后两位)。
答案　(1)见解析图　(2)①20 Ω　③闭合 (3)1.49 V　0.69 Ω
解析　(1)根据电路图连接实物图如图所示
(2)①电阻箱的阻值为2×10 Ω＝20 Ω
③将开关S1闭合，开关S2断开，此时电压表示数为电源电动势，将开关S2再闭合，电压表示数为电阻箱R两端电压。
(3)将电压表视为理想电表，根据上述分析可知电源电动势E＝1.49 V
5.(2024·陕西汉中高二统考期末)某实验小组要测量一直流电源的电动势和内阻，实验室提供了以下器材A.电流表A1(量程0.6 A，内阻较小)；B.电流表A2(量程300 μA，内阻Rg＝1 000 Ω)；C.滑动变阻器R(阻值0～20 Ω)；D.定值电阻R1＝4 000 Ω，R2＝9 000 Ω；E.待测电源E(电动势约为3 V，内阻约为2 Ω)；F.开关和导线若干。
(1)实验小组成员根据提供的器材，设计了如图甲所示的电路图，其中电表a、b均为电流表，则b应选用电流表________(填“A1”或“A2”)，a选用另一个电流表，定值电阻R0应选用定值电阻________(填“R1”或“R2”)。请根据电路图将图乙中的实物连接完整，要求闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移到最右端。
(2)闭合开关后，多次调节滑动变阻器，测得多组电流表A1、A2的示数I1、I2，绘制出I2－I1图像，得到图像的斜率为k，图像与纵轴的截距为m，则电源的电动势E＝________，电源的内阻r＝________(均用已知和测量的物理量符号表示)。(3)实验结果________(填“存在”或“不存在”)因电表内阻引起的系统误差。
解析　(1)本实验中没有电压表，故需将已知内阻的电流表A2改装成量程为3 V的电压表，即b选用A2，根据U＝Ig(Rg＋R)，解得与电流表A2串联的定值电阻R＝9 000 Ω，故R2符合要求；要求闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移到最右端，则实物连接如图所示。