資源簡介

第十二章 電能 能量守恒定律
第三節 實驗：電池電動勢和內阻的測量
目 錄/
1.
學習目標
2.
情景導入
3.
新課講解
4.
小試牛刀
5.
課堂小結
PART 01
學習目標
學習目標
1.了解測量電源的電動勢和內阻的方法
2.學習通過伏安法測量電源的電動勢和內阻，并知道如何處理分析伏安法測得的數據
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
PART 02
情境導入
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
生活中電池折舊后會有什么變化？
如果我們想比較下它們的電動勢和內阻的關系應該如何設計實驗呢？
本節課我們就一起來探討下電池的電動勢和內阻的測量方法。
PART 03
新課講解
基礎理論
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
閉合電路的歐姆定律：
測路端電壓、電流
伏安法
測電流、外電路電阻
安阻法
測路端電壓、外電路電阻
伏阻法
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
伏安法
V
S
A
E，r
V
S
A
E，r
電流表內接法
電流表外接法
電流表
電壓表
滑動變阻器
開關
(選擇量程接近電源電動勢)
選用阻值較小的,最大阻值10 ~ 20Ω
被測電池
（干電池）
伏安法-實物連接
V
S
A
E，r
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
2.把變阻器的滑動片移到使阻值最大的一端；
3.閉合開關，調節變阻器，使電流表有明顯示數，記錄一組電流表和電壓表的示數，用同樣的方法測量并記錄幾組 I 和 U 的值；
4.斷開開關，整理好器材；
1.確定電流表、電壓表的量程，按原理圖連接電路；
實驗步驟
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
數據處理-公式法
根據測量的多組U、I值計算得到多組E、r
I短
E
U
軸截距等于電動勢
E
在坐標紙上以 I 為橫坐標，U 為縱坐標，用測出幾組的U、I 值畫出U-I 圖象。
r是直線的斜率的絕對值
短路電流
縱坐標可以不從O開始
數據處理-圖像法
學習目標
情境導入
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小試牛刀
課堂小結
1.電鍵閉合前，變阻器滑片應置于阻值最大位置處;
2.使用內阻較大一些的舊電池。在實驗中不要將電流調得太大，每次讀完數后立即斷電，以免使電動勢和內阻發生變化。如果使用的是水果電池，它的內阻雖然比較大，但不夠穩定，測量前要做好充分的準備，測量盡量迅速。
3.要測出不少于6組 I、U 數據，且變化范圍要大一些；
4.畫 U-I 圖線時，應使圖線通過盡可能多的點，并使不在直線上的點均勻分布在直線的兩側，個別偏離直線太遠的點可舍去；
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
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注意事項
5.畫U-I 圖線時，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據測得的數據從某一恰當的值開始，（但橫坐標必須從0開始)但這時圖線與橫軸的交點不再是短路電流，而圖線與縱軸的截距仍為電動勢E，圖線的斜率的絕對值仍為內阻r；
6.畫U-I 圖線時，坐標軸的單位選擇要恰當，使作出的圖線基本充滿整個區域為宜，不能使圖線位于某一角上；
7.使用 U-I 圖線計算內阻要在直線上任取兩個相距較遠的點，用公式計算出電源的內阻 r。
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
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1.誤差來源：電壓表分流。路端電壓越大，電壓表分流越多。U-I 圖像修正如圖所示。
U
I
O
測量值
真實值
2.電壓表示數越大，IV越大
伏安法-誤差分析
V
S
A
E，r
電流表內接法
IV
I短
E真
E測
①當電壓表示數為零時，IV = 0，IA = I短，短路電流測量值=真實值
②E測 < E真
③因為 ，所以 r測 < r真
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
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1.誤差來源：電流表表分壓。通過電源的電流越大，電流表分壓越多。U-I 圖像修正如圖。
U
I
O
測量值
真實值
V
S
A
E，r
電流表外接法
伏安法-誤差分析
2.電流表示數越大，UA越大
UA
I短真
E測
I短測
①E的測量值為真實值
②I短測 < I短真
③因為 ，所以 r測 > r真，r測為r真和RA的和，由于通常情況下電池的內阻較小，所以這時r測的測量誤差非常大
學習目標
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小試牛刀
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不考慮電表影響
考慮電表影響
r 測 =r真+RA> r
E測=E
解得
解得
V
S
A
E，r
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小試牛刀
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把電源和電壓表看成一個整體，這樣測得的就是這個整體的路端電壓和通過這個整體的電流，計算出的就是這個整體的電動勢和這個整體的內電阻。這個整體的電動勢相當于開路時電壓表所分得的電壓，整體的電阻相當于電源和電壓表并聯的阻值。即：
伏安法-等效電源法
V
S
A
E，r
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把電流表和電源看為等效電源，如圖虛線框所示，這個等效電源的內阻r測為r 和 RA 的串聯總電阻，也就是測量值，即?　　
等效電源的電動勢為電流表和電源串聯后的路端電壓，也就是測量值，即
V
S
A
E，r
伏安法-等效電源法
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
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采用一個電阻箱、一塊電壓表、一個電鍵和導線若干, 測量一節使用過的干電池的電動勢和內阻
原理：
伏阻法
學習目標
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方法二:圖象法
誤差來源：電壓表的分流。電壓表內阻已知，可消除系統誤差。
E測＜E真 r測＜r真
方法一:公式法
學習目標
情境導入
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小試牛刀
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采用一個電阻箱、一塊電流表、一個電鍵和導線若干, 測量一節使用過的干電池的電動勢和內阻。
原理：E=I（R+r)
安阻法
學習目標
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小試牛刀
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誤差來源：電流表的分壓。電流表內阻已知，可消除系統誤差。
E測=E真 r測>r真
方法一:公式法
方法二:圖象法
E測=I1(R1+r)
E測=I2 (R2+r)
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PART 04
小試牛刀
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1.系統誤差是由于實驗原理等原因而產生的誤差，在“測電源電動勢和內阻”實驗中由于電表的內阻所產生的誤差即為系統誤差。關于該系統誤差產生原因以及影響，以下正確的是( )
A.電流表分壓，測得的電源電動勢偏大
B.電流表分壓，測得的電源電動勢偏小
C.電壓表分流，測得的電源電動勢偏大
D.電壓表分流，測得的電源電動勢偏小
D
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答案：D
解析：ABCD.由于電壓表分流作用，電源電流的測量值比真實值小，當外電路短路時測量值與真實值相等，電源的 圖如下
可知電動勢的測量值小于真實值。故D正確，ABC錯誤。
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2.如圖所示，用一個電阻箱和電流表測量一節干電池的電動勢和內阻，不計電流表的內阻，電流表示數為I，電阻箱接入電路的阻值為R，下列圖像可能正確的是( )

A. B. C. D.
A
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答案：A
解析：由閉合電路歐姆定律可知 ，當 時， ，A可能正確；由 ，可知 ，當 時， ，B錯誤；根據 ，可知 圖像在R 軸負半軸有截距，C錯誤；根據 ，可知 圖像在 軸正半軸有截距，D錯誤。
學習目標
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3.如圖甲所示為測量一節干電池的電動勢和內電阻的實驗電路圖，根據測得的數據作出了如圖乙所示的 圖線，以下實驗結論正確的是( )
A.電池內阻的測量值為3.50Ω
B.電池電動勢為1.40V
C.外電路發生短路時的電流為0.40A
D.電壓表的示數為1.20V時，電流表的示數
B
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答案：B
解析：AB.由圖像可知，電動勢測量值
電源內阻
A錯誤，B正確；
C.外電路發生短路時的電流為
C錯誤；
D.電壓表的示數為1.20V時，電流表的示數
D錯誤。
PART 05
課堂小結
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情境導入
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小試牛刀
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① 實驗原理：閉合電路的歐姆定律
（1）伏安法：如圖甲所示，路端電壓 ，改變外電阻R，測得多組U、I，代入公式或利用圖像可求得電源電動勢和內阻.
（2）安阻法：如圖乙所示，電源電動勢 ，改變外電阻R可得到多組I，代入公式或利用圖像可求得電源的電動勢和內阻.
（3）伏阻法：如圖丙所示，電源電動勢 ，改變外電阻R可得到多組U，代入公式或利用圖像可求得電源的電動勢和內阻.
測得內阻偏大
1
測得電源電動勢和內阻均偏小
學習目標
情境導入
新課講解
小試牛刀
課堂小結
① 以伏安法測量一節干電池的電動勢和內阻為例
（1）確定電壓表、電流表的量程，電流表用 0 ~ 0.6 A量 程，電壓表用 0 ~ 3 V量程，按照電路圖連接好電路.
（2）把滑動變阻器的滑片移到一端，使其接入電路的 阻值最大.
（3）閉合開關，調節滑動變阻器滑片，使電流表有明顯示數，記錄一組數據(U1, I1)，讀數后立即斷開開關.
（4）重復步驟（3），用同樣方法測量6組U、I 的值，并填入事先繪制好的表格中.
（5）斷開開關，拆除電路，整理好器材.
2
學習目標
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數據處理（伏安法）
（1）公式法：根據閉合電路的歐姆定律，列方程組
（2）作圖法：由公式 ，對于一定的電源來說，E和r是常來那個，可將公式看成一個一次函數的表達式，它的U-I 圖像是一條傾斜直線；以I為橫坐標，U為縱坐標，用測定的幾組U、I 值畫出U-I 圖像，如圖所示，直線與縱軸的焦點的縱坐標即為電動勢E的值，直線斜率的絕對值即為電源內阻r的值.
3
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