高中物理 第4章第3節(jié) 測量電源的電動勢和內(nèi)電阻課件 魯科版選修31

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1、第第3節(jié)節(jié) 測量電源的電動勢和內(nèi)電阻測量電源的電動勢和內(nèi)電阻1下列說法中正確的是下列說法中正確的是 ()A同一型號干電池，舊電池比新電池的電動勢同一型號干電池，舊電池比新電池的電動勢小，內(nèi)阻大，容量不變小，內(nèi)阻大，容量不變B電源電動勢電源電動勢E與通過電源的電流與通過電源的電流I的乘積的乘積EI表表示電源內(nèi)靜電力的功率示電源內(nèi)靜電力的功率C1號干電池比號干電池比5號干電池的電動勢小，容量大號干電池的電動勢小，容量大D當(dāng)通過同樣的電荷量時，電動勢為當(dāng)通過同樣的電荷量時，電動勢為2 V的蓄的蓄電池比電池比1.5 V的干電池提供的電能多的干電池提供的電能多精彩回眸精彩回眸解析解析：同樣型號的舊電池比

2、新電池電動勢略小，：同樣型號的舊電池比新電池電動勢略小，內(nèi)阻略大，但不同型號的干電池相比較，電動勢相內(nèi)阻略大，但不同型號的干電池相比較，電動勢相同而容量不同，故同而容量不同，故A、C錯誤；電動勢是表征電源把錯誤；電動勢是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)的物理量，它等于其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)的物理量，它等于非靜電力移送單位電荷量所做的功，電源總功率的非靜電力移送單位電荷量所做的功，電源總功率的表達式為表達式為EI，故，故B錯誤，錯誤，D正確正確答案答案：D2電池已成為人類生活的親密伙伴，生活中處處電池已成為人類生活的親密伙伴，生活中處處需要電池，新舊電池的主要不同是內(nèi)電阻不同從前面需

3、要電池，新舊電池的主要不同是內(nèi)電阻不同從前面的學(xué)習(xí)可知伏安法可以測電阻，用歐姆表也可以直接測的學(xué)習(xí)可知伏安法可以測電阻，用歐姆表也可以直接測電阻電阻電源的內(nèi)電阻在元器件里面，那應(yīng)該怎樣測量呢？電源的內(nèi)電阻在元器件里面，那應(yīng)該怎樣測量呢？今天我們就來學(xué)習(xí)如何測量電源的電動勢和內(nèi)電阻今天我們就來學(xué)習(xí)如何測量電源的電動勢和內(nèi)電阻一、實驗原理一、實驗原理1用電壓表、電流表加上一個可變電阻，測定用電壓表、電流表加上一個可變電阻，測定電動勢時的電路圖如圖電動勢時的電路圖如圖431所示所示其計算式為其計算式為EUIr.新知梳理新知梳理4312用電流表、電阻箱測定電動勢時的電路圖如用電流表、電阻箱測定電動勢時

4、的電路圖如圖圖432所示所示其計算式為其計算式為EIRIr.圖圖4323用電壓表、電阻箱測定電源的電動勢時的電用電壓表、電阻箱測定電源的電動勢時的電路圖如圖路圖如圖433所示所示圖圖433二、數(shù)據(jù)處理方法二、數(shù)據(jù)處理方法1 1代數(shù)法：代數(shù)法：運用解方程組求解運用解方程組求解E和和r，為了減小實，為了減小實驗的偶然誤差，利用驗的偶然誤差，利用U和和I值多求幾組值多求幾組E和和r的值，算出的值，算出它們的平均值它們的平均值2圖象法：圖象法：對于對于E、r一定的電源，路端電壓一定的電源，路端電壓U與與通過干路的電流通過干路的電流I所成的圖象應(yīng)該是一條直線，這條直所成的圖象應(yīng)該是一條直線，這條直線與縱

5、軸的交點表示電源電動勢，與橫軸的交點表示短線與縱軸的交點表示電源電動勢，與橫軸的交點表示短路電流，圖線的斜率的絕對值表示電源內(nèi)電阻路電流，圖線的斜率的絕對值表示電源內(nèi)電阻伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻的原理伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻的原理如圖如圖434所示，根據(jù)閉合電路歐所示，根據(jù)閉合電路歐姆定律：姆定律：EUIr，改變外電路電阻，改變外電路電阻R，用電流表和電壓表測出兩組總電流用電流表和電壓表測出兩組總電流I1、I2和路端電壓和路端電壓U1、U2，即可得到兩個方程：，即可得到兩個方程：EU1I1r和和EU2I2r，解此方程組可，解此方程組可圖圖434得電源的電動勢為得電源的電動勢為E ，電源的內(nèi)

6、電阻為，電源的內(nèi)電阻為r .溫馨提示溫馨提示：本實驗是用電壓表和電：本實驗是用電壓表和電流表同時測電壓和電流，也可稱之為流表同時測電壓和電流，也可稱之為“伏安法伏安法”，但這里的被測對象是電，但這里的被測對象是電源一般電源源一般電源(例如干電池例如干電池)的內(nèi)電阻都的內(nèi)電阻都較小，與電流表的內(nèi)電阻相差不大，而較小，與電流表的內(nèi)電阻相差不大，而圖圖435電壓表的內(nèi)電阻遠大于電源內(nèi)電阻，所以為減小實驗電壓表的內(nèi)電阻遠大于電源內(nèi)電阻，所以為減小實驗誤差，本實驗所用的電路圖為如圖誤差，本實驗所用的電路圖為如圖434所示的電所示的電路，而不采用圖路，而不采用圖435所示的電路對電源而言圖所示的電路對電源

7、而言圖434可稱為可稱為“外接法外接法”，圖，圖435可稱為可稱為“內(nèi)接法內(nèi)接法”思維拓展思維拓展：(1)用電阻箱和電流表測用電阻箱和電流表測定電源的電動勢和內(nèi)電阻實驗電路如圖定電源的電動勢和內(nèi)電阻實驗電路如圖436所示實驗原理：改變電阻箱的所示實驗原理：改變電阻箱的阻值，記錄阻值，記錄R和和I，應(yīng)用，應(yīng)用EI1(R1r)和和EI2(R2r)，求出，求出E和和r.圖圖436圖圖437(2)用電阻箱和電壓表測定電源的電用電阻箱和電壓表測定電源的電動勢和內(nèi)電阻實驗電路如圖動勢和內(nèi)電阻實驗電路如圖437所所示實驗原理：改變電阻箱的阻值，記錄示實驗原理：改變電阻箱的阻值，記錄R和和U，應(yīng)用，應(yīng)用求出求

8、出E和和r.1在測定一節(jié)干電池在測定一節(jié)干電池(電動勢約為電動勢約為1.5 V，內(nèi)電，內(nèi)電阻約為阻約為2 )的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，滑動變阻的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，滑動變阻器和電壓表各有兩個供選：器和電壓表各有兩個供選： A電壓表量程為電壓表量程為15 V B電壓表量程為電壓表量程為3 VC變阻器為變阻器為(20 ，3 A) D變阻器為變阻器為(500 ，0.2 A)(1)電壓表應(yīng)該選電壓表應(yīng)該選_(填填“A”或或“B”)，這是因，這是因為為_(2)變阻器應(yīng)選變阻器應(yīng)選_(填填“C”或或“D”)，這是因為，這是因為_解析解析：由于電源電動勢約為：由于電源電動勢約為1.5 V，故選量程為，故

9、選量程為03 V的電壓表的電壓表B，讀數(shù)既準(zhǔn)確，又方便；，讀數(shù)既準(zhǔn)確，又方便；D滑動變滑動變阻器的額定電流太小，最大阻值太大，調(diào)節(jié)不方便，阻器的額定電流太小，最大阻值太大，調(diào)節(jié)不方便，故選故選C變阻器變阻器答案答案：見解析：見解析實驗數(shù)據(jù)處理及誤差分析實驗數(shù)據(jù)處理及誤差分析1數(shù)據(jù)處理方法數(shù)據(jù)處理方法代數(shù)法：運用解方程組求解代數(shù)法：運用解方程組求解E和和r.為了減少實驗的偶然誤差，應(yīng)該利用為了減少實驗的偶然誤差，應(yīng)該利用U、I值多值多求幾組求幾組E和和r的值，算出它們的平均值的值，算出它們的平均值圖象法：以圖象法：以I為橫坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，U為縱坐標(biāo)，建立直為縱坐標(biāo)，建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)幾組角坐標(biāo)

10、系，根據(jù)幾組I、U的測量數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中的測量數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點，此時可大致看到，描點，此時可大致看到，UI圖象是一條直線如圖象是一條直線如圖圖438所示所示圖圖438溫馨提示溫馨提示：畫線時應(yīng)讓盡量多的點在直線上，：畫線時應(yīng)讓盡量多的點在直線上，不在直線上的點也要大致相等地分布在直線兩側(cè)，不在直線上的點也要大致相等地分布在直線兩側(cè)，個別偏離直線過遠的點應(yīng)舍去，不予考慮個別偏離直線過遠的點應(yīng)舍去，不予考慮2實驗誤差分析實驗誤差分析偶然誤差：主要來源于電壓表偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作和電流表的讀數(shù)以及作UI圖象時描圖象時描點不很準(zhǔn)確。點不很準(zhǔn)確。系統(tǒng)誤差：本實驗采用如圖系統(tǒng)

11、誤差：本實驗采用如圖434所示的電路是存在系統(tǒng)誤差的，所示的電路是存在系統(tǒng)誤差的，在理論上在理論上EU(IVIA)r，其，其圖圖439中電壓表示數(shù)中電壓表示數(shù)U是準(zhǔn)確的電源兩端電壓而實驗中忽是準(zhǔn)確的電源兩端電壓而實驗中忽略了通過電壓表的電流略了通過電壓表的電流IV(IVI真真I測測)而形成誤差而形成誤差(如圖如圖439中標(biāo)示出的虛線段中標(biāo)示出的虛線段)，而且電壓表示數(shù)，而且電壓表示數(shù)越大，越大，IV越大從圖越大從圖439可知實驗測出的電源電可知實驗測出的電源電動勢動勢E測測E真真，電源內(nèi)電阻，電源內(nèi)電阻r測測r真真2在用電壓表和電流表測電池的電動勢和內(nèi)電阻在用電壓表和電流表測電池的電動勢和內(nèi)電

12、阻的實驗中，所用電壓表和電流表的內(nèi)電阻分別為的實驗中，所用電壓表和電流表的內(nèi)電阻分別為1 k和和0.1 ，圖，圖4310中為實驗原理圖及所需器件圖中為實驗原理圖及所需器件圖(1)在圖中畫出連線，將器件按原理圖連接成實驗電在圖中畫出連線，將器件按原理圖連接成實驗電路路圖圖4310(2)一位同學(xué)記錄的一位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)見下表，試根據(jù)這組數(shù)據(jù)見下表，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖些數(shù)據(jù)在圖4311中畫出中畫出UI圖象，根據(jù)圖象讀圖象，根據(jù)圖象讀出電池的電動勢出電池的電動勢E_V，求出電池內(nèi)電阻，求出電池內(nèi)電阻r_.圖圖4311I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.2

13、41.181.101.05解析解析：(1)按照實驗原理圖將實物圖連接起來，按照實驗原理圖將實物圖連接起來，如圖甲所示如圖甲所示答案答案：1.460.75電路圖的實物連接電路圖的實物連接【例例1】 某學(xué)生用電流表和電壓表測干電池的電某學(xué)生用電流表和電壓表測干電池的電動勢和內(nèi)電阻時，所用滑動變阻器的阻值范圍為動勢和內(nèi)電阻時，所用滑動變阻器的阻值范圍為020 ，連接電路的實物圖如圖，連接電路的實物圖如圖4312所示所示(1)該學(xué)生接線中錯誤的和不規(guī)范的做法是該學(xué)生接線中錯誤的和不規(guī)范的做法是()圖圖4312A滑動變阻器不起變阻作用滑動變阻器不起變阻作用B電流表接線有錯電流表接線有錯C電壓表量程選用不

14、當(dāng)電壓表量程選用不當(dāng)D電壓表連接不妥電壓表連接不妥(2)在下面方框里畫出這個實驗的正確電路圖在下面方框里畫出這個實驗的正確電路圖解析解析：在實物連線圖中，滑動變阻器的兩個固：在實物連線圖中，滑動變阻器的兩個固定端接入了電路，滑動頭沒有接入，所以移動變阻定端接入了電路，滑動頭沒有接入，所以移動變阻器滑動頭時，不會改變接入電路的電阻大小，變阻器滑動頭時，不會改變接入電路的電阻大小，變阻器不起變阻作用，選器不起變阻作用，選A.直流電流表只允許電流從電表的正接線柱流入，直流電流表只允許電流從電表的正接線柱流入，從負接線柱流出，圖中電流表的正、負接線柱接對從負接線柱流出，圖中電流表的正、負接線柱接對了，

15、所以選項了，所以選項B不選不選圖中電源由一節(jié)干電池充當(dāng)，電動勢是圖中電源由一節(jié)干電池充當(dāng)，電動勢是1.5 V，所以電壓表的量程應(yīng)選用所以電壓表的量程應(yīng)選用03 V，圖中連接是正確，圖中連接是正確的，所以選項的，所以選項C不選不選圖中把電壓表直接和電池兩端并聯(lián)，這樣即使圖中把電壓表直接和電池兩端并聯(lián)，這樣即使將開關(guān)斷開，電壓表仍有示數(shù)，也即開關(guān)不能控制將開關(guān)斷開，電壓表仍有示數(shù)，也即開關(guān)不能控制通過電壓表的電流，所以電壓表的接線不妥，選通過電壓表的電流，所以電壓表的接線不妥，選D.答案答案：(1)AD(2)這個實驗正確的電路圖應(yīng)該這個實驗正確的電路圖應(yīng)該如下圖所示如下圖所示反思領(lǐng)悟反思領(lǐng)悟：連接

16、實物圖時，要把握以下幾點：連接實物圖時，要把握以下幾點：(1)先畫出原理圖，這是連實物圖的依據(jù)先畫出原理圖，這是連實物圖的依據(jù)(2)先連接干路，再接支路先連接干路，再接支路(先串聯(lián)，后并聯(lián)先串聯(lián)，后并聯(lián))(3)注意電源的正負極，電表正負極接線柱，電注意電源的正負極，電表正負極接線柱，電表的量程及變阻器的合理選用表的量程及變阻器的合理選用如圖如圖4313所示是測量兩節(jié)干電池組成的串所示是測量兩節(jié)干電池組成的串聯(lián)電池組的電動勢和內(nèi)電阻的實驗所用器材，用實聯(lián)電池組的電動勢和內(nèi)電阻的實驗所用器材，用實線將它們連成實驗電路線將它們連成實驗電路圖圖4313解析解析：本題考查實驗電路的實物：本題考查實驗電路

17、的實物連線首先畫出實驗電路圖如右圖所連線首先畫出實驗電路圖如右圖所示因為待測電源電動勢約為示因為待測電源電動勢約為3 V，所，所以電壓表選用以電壓表選用03 V的量程；干電池的量程；干電池的允許電流一般在的允許電流一般在0.5 A左右，所以電流表應(yīng)選用左右，所以電流表應(yīng)選用00.6 A的量程；注意開關(guān)閉合前，要使變阻器接入電路的阻的量程；注意開關(guān)閉合前，要使變阻器接入電路的阻值盡量大些，保護電流表以防燒毀電壓表不要直接值盡量大些，保護電流表以防燒毀電壓表不要直接接在電源的兩極上，要受開關(guān)的控制，實物連接圖如接在電源的兩極上，要受開關(guān)的控制，實物連接圖如下圖所示下圖所示答案答案：見解析圖：見解析

18、圖利用利用U-I圖象處理實驗數(shù)據(jù)圖象處理實驗數(shù)據(jù)【例例2】 為了測定干電池的電動勢和為了測定干電池的電動勢和內(nèi)阻，某實驗小組設(shè)計如圖內(nèi)阻，某實驗小組設(shè)計如圖4314所示所示測量電路測量電路在某次實驗中，記錄的數(shù)據(jù)如下表：在某次實驗中，記錄的數(shù)據(jù)如下表：圖圖4314實驗次數(shù)實驗次數(shù)12345電流表的電流表的示數(shù)示數(shù)I/A0.240.500.701.101.50電壓表的電壓表的示數(shù)示數(shù)U/V1.301.100.950.600.30請根據(jù)表中數(shù)據(jù)在如圖請根據(jù)表中數(shù)據(jù)在如圖4315所示的有方格所示的有方格的紙上畫出的紙上畫出UI圖線由畫出的圖線由畫出的UI圖線可求得電圖線可求得電源的電動勢源的電動勢E

19、_V，電源的內(nèi)阻，電源的內(nèi)阻r_.圖圖4315解析解析：建立坐標(biāo)系，利用描點法畫：建立坐標(biāo)系，利用描點法畫UI圖象圖象如右圖所示，直線與縱軸交點坐標(biāo)即為電源電動如右圖所示，直線與縱軸交點坐標(biāo)即為電源電動勢勢E1.50 V答案答案：見解析圖：見解析圖 1.500.8反思領(lǐng)悟反思領(lǐng)悟：干電池內(nèi)電阻較小時，路端電壓：干電池內(nèi)電阻較小時，路端電壓U的變化也較小這時，在畫的變化也較小這時，在畫UI圖線時，縱軸的刻圖線時，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始當(dāng)值開始(橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)I必須從零開始必須從零開始)但這時圖線和橫但這時圖線和橫軸的

20、交點不再是短路電流不過直線斜率的大小照軸的交點不再是短路電流不過直線斜率的大小照樣還是電源的內(nèi)電阻如下圖所示樣還是電源的內(nèi)電阻如下圖所示甲甲乙乙 圖圖4316是根據(jù)某次實驗是根據(jù)某次實驗數(shù)據(jù)畫出的數(shù)據(jù)畫出的UI圖象，下列關(guān)于圖象，下列關(guān)于這個圖象的說法正確的是這個圖象的說法正確的是()A縱軸截距表示電源的電縱軸截距表示電源的電動勢，即動勢，即E3 VB橫軸截距表示短路電流，橫軸截距表示短路電流，圖圖4316即即I短短0.6 A答案答案：AD利用圖象的斜率、截距求電源的電動勢和內(nèi)利用圖象的斜率、截距求電源的電動勢和內(nèi)電阻電阻1首先利用閉合電路歐姆定律，寫出表達式首先利用閉合電路歐姆定律，寫出表達式EI(Rr)，然后由圖象給出的信息變換表達式，轉(zhuǎn)，然后由圖象給出的信息變換表達式，轉(zhuǎn)化為直線方程化為直線方程2從直線的斜率，截距入手找出解題突破口從直線的斜率，截距入手找出解題突破口創(chuàng)新拓展創(chuàng)新拓展圖圖4317圖圖4318答案答案：31