高中物理 第4章第3节 测量电源的电动势和内电阻课件 鲁科版选修31.ppt

第3节测量电源的电动势和内电阻 温故知新 1 下列说法中正确的是 a 同一型号干电池 旧电池比新电池的电动势小 内阻大 容量不变b 电源电动势e与通过电源的电流i的乘积ei表示电源内静电力的功率c 1号干电池比5号干电池的电动势小 容量大d 当通过同样的电荷量时 电动势为2v的蓄电池比1 5v的干电池提供的电能多 精彩回眸 解析 同样型号的旧电池比新电池电动势略小 内阻略大 但不同型号的干电池相比较 电动势相同而容量不同 故a c错误 电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领的物理量 它等于非静电力移送单位电荷量所做的功 电源总功率的表达式为ei 故b错误 d正确 答案 d 2 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内电阻不同 从前面的学习可知伏安法可以测电阻 用欧姆表也可以直接测电阻 电源的内电阻在元器件里面 那应该怎样测量呢 今天我们就来学习如何测量电源的电动势和内电阻 一 实验原理1 用电压表 电流表加上一个可变电阻 测定电动势时的电路图如图4 3 1所示 其计算式为e u ir 新知梳理 图4 3 1 2 用电流表 电阻箱测定电动势时的电路图如图4 3 2所示 其计算式为e ir ir 图4 3 2 3 用电压表 电阻箱测定电源的电动势时的电路图如图4 3 3所示 图4 3 3 二 数据处理方法1 代数法 运用解方程组求解e和r 为了减小实验的偶然误差 利用u和i值多求几组e和r的值 算出它们的平均值 2 图象法 对于e r一定的电源 路端电压u与通过干路的电流i所成的图象应该是一条直线 这条直线与纵轴的交点表示电源电动势 与横轴的交点表示短路电流 图线的斜率的绝对值表示电源内电阻 合作探究 伏安法测电池的电动势和内阻的原理 如图4 3 4所示 根据闭合电路欧姆定律 e u ir 改变外电路电阻r 用电流表和电压表测出两组总电流i1 i2和路端电压u1 u2 即可得到两个方程 e u1 i1r和e u2 i2r 解此方程组可 图4 3 4 得电源的电动势为e 电源的内电阻为r 温馨提示 本实验是用电压表和电流表同时测电压和电流 也可称之为 伏安法 但这里的被测对象是电源 一般电源 例如干电池 的内电阻都较小 与电流表的内电阻相差不大 而 图4 3 5 电压表的内电阻远大于电源内电阻 所以为减小实验误差 本实验所用的电路图为如图4 3 4所示的电路 而不采用图4 3 5所示的电路 对电源而言图4 3 4可称为 外接法 图4 3 5可称为 内接法 思维拓展 1 用电阻箱和电流表测定电源的电动势和内电阻 实验电路如图4 3 6所示 实验原理 改变电阻箱的阻值 记录r和i 应用e i1 r1 r 和e i2 r2 r 求出e和r 图4 3 6 图4 3 7 2 用电阻箱和电压表测定电源的电动势和内电阻 实验电路如图4 3 7所示 实验原理 改变电阻箱的阻值 记录r和u 应用 求出e和r 1 在测定一节干电池 电动势约为1 5v 内电阻约为2 的电动势和内电阻的实验中 滑动变阻器和电压表各有两个供选 a 电压表量程为15vb 电压表量程为3vc 变阻器为 20 3a d 变阻器为 500 0 2a 1 电压表应该选 填 a 或 b 这是因为 2 变阻器应选 填 c 或 d 这是因为 解析 由于电源电动势约为1 5v 故选量程为0 3v的电压表b 读数既准确 又方便 d滑动变阻器的额定电流太小 最大阻值太大 调节不方便 故选c变阻器 答案 见解析 实验数据处理及误差分析 1 数据处理方法 代数法 运用解方程组求解e和r 为了减少实验的偶然误差 应该利用u i值多求几组e和r的值 算出它们的平均值 图象法 以i为横坐标 u为纵坐标 建立直角坐标系 根据几组i u的测量数据 在坐标系中描点 此时可大致看到 u i图象是一条直线 如图4 3 8所示 图4 3 8 温馨提示 画线时应让尽量多的点在直线上 不在直线上的点也要大致相等地分布在直线两侧 个别偏离直线过远的点应舍去 不予考虑 2 实验误差分析 偶然误差 主要来源于电压表和电流表的读数以及作u i图象时描点不很准确 系统误差 本实验采用如图4 3 4所示的电路是存在系统误差的 在理论上e u iv ia r 其 图4 3 9 中电压表示数u是准确的电源两端电压 而实验中忽略了通过电压表的电流iv iv i真 i测 而形成误差 如图4 3 9中标示出的虚线段 而且电压表示数越大 iv越大 从图4 3 9可知实验测出的电源电动势e测 e真 电源内电阻r测 r真 2 在用电压表和电流表测电池的电动势和内电阻的实验中 所用电压表和电流表的内电阻分别为1k 和0 1 图4 3 10中为实验原理图及所需器件图 1 在图中画出连线 将器件按原理图连接成实验电路 图4 3 10 2 一位同学记录的6组数据见下表 试根据这些数据在图4 3 11中画出u i图象 根据图象读出电池的电动势e v 求出电池内电阻r 图4 3 11 解析 1 按照实验原理图将实物图连接起来 如图甲所示 答案 1 460 75 典例精析 电路图的实物连接 例1 某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内电阻时 所用滑动变阻器的阻值范围为0 20 连接电路的实物图如图4 3 12所示 1 该学生接线中错误的和不规范的做法是 图4 3 12 a 滑动变阻器不起变阻作用b 电流表接线有错c 电压表量程选用不当d 电压表连接不妥 2 在下面方框里画出这个实验的正确电路图 解析 在实物连线图中 滑动变阻器的两个固定端接入了电路 滑动头没有接入 所以移动变阻器滑动头时 不会改变接入电路的电阻大小 变阻器不起变阻作用 选a 直流电流表只允许电流从电表的正接线柱流入 从负接线柱流出 图中电流表的正 负接线柱接对了 所以选项b不选 图中电源由一节干电池充当 电动势是1 5v 所以电压表的量程应选用0 3v 图中连接是正确的 所以选项c不选 图中把电压表直接和电池两端并联 这样即使将开关断开 电压表仍有示数 也即开关不能控制通过电压表的电流 所以电压表的接线不妥 选d 答案 1 ad 2 这个实验正确的电路图应该如下图所示 反思领悟 连接实物图时 要把握以下几点 1 先画出原理图 这是连实物图的依据 2 先连接干路 再接支路 先串联 后并联 3 注意电源的正负极 电表正负极接线柱 电表的量程及变阻器的合理选用 如图4 3 13所示是测量两节干电池组成的串联电池组的电动势和内电阻的实验所用器材 用实线将它们连成实验电路 图4 3 13 解析 本题考查实验电路的实物连线 首先画出实验电路图如右图所示 因为待测电源电动势约为3v 所以电压表选用0 3v的量程 干电池 的允许电流一般在0 5a左右 所以电流表应选用0 0 6a的量程 注意开关闭合前 要使变阻器接入电路的阻值尽量大些 保护电流表以防烧毁 电压表不要直接接在电源的两极上 要受开关的控制 实物连接图如下图所示 答案 见解析图 利用u i图象处理实验数据 例2 为了测定干电池的电动势和内阻 某实验小组设计如图4 3 14所示测量电路 在某次实验中 记录的数据如下表 图4 3 14 请根据表中数据在如图4 3 15所示的有方格的纸上画出u i图线 由画出的u i图线可求得电源的电动势e v 电源的内阻r 图4 3 15 解析 建立坐标系 利用描点法画u i图象如右图所示 直线与纵轴交点坐标即为电源电动势e 1 50v 答案 见解析图1 500 8 反思领悟 干电池内电阻较小时 路端电压u的变化也较小 这时 在画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值开始 横坐标i必须从零开始 但这时图线和横轴的交点不再是短路电流 不过直线斜率的大小照样还是电源的内电阻 如下图所示 甲 乙 图4 3 16是根据某次实验数据画出的u i图象 下列关于这个图象的说法正确的是 a 纵