江苏省2020年高考物理大一轮复习配套课件： 实验八测量电源的电动势和内阻 (共58张PPT)

高考总复习 一轮复习导学案 ·物理
2. 系统误差．
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第八章 恒 定 电 流
由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差．
(1) 如图5甲所示，在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表 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而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大．
取两个相距较远的点，用 r＝ΔΔUI 算出电池的内阻 r.
图4
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第八章 恒 定 电 流
【误差分析】 1. 偶然误差． (1) 由读数不准和电表线性不良引起误差． (2) 用图象法求E和r时，由于作图不准确造成的误差． (3) 测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变 化．
(3) 图中两图线在纵轴上的截距相同，由图可知，被测电源 的电动势E＝__1_._4_9___V，电源的内阻r＝___3_.9_____Ω.
(4) 本实验中提供的定值电阻的阻值R0＝___7_.6____Ω.
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【解析】 (1) 所连实物图如图所示．
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第八章 恒 定 电 流
(2) 若采用如图6甲所示的电路，IA为电源电流真实值，理 论上有E＝U＋UA＋IAr，其中UA不可知，而造成误差，而且电 流表示数越大，UA越大，当电流为零时，UA＝0，电压为准确 值，等于E，如图6乙所示．
图6
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第八章 恒 定 电 流
(1) 如果某小组的同学选用实验方案二，则请按方案二将下 列实物图乙连接起来．
乙
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第八章 恒 定 电 流
丙
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由图象乙可求得电源的内阻为 r＝ΔΔUI ＝1.409.－1706.80 Ω＝3.9 Ω.
(4) 对于方案二由闭合电路的欧姆定律得 E＝U＋I(r＋R0)， R0 可等效为电源的内阻，可见在 UI 图象中图象在纵坐标上的截 距表示电源的电动势，图象的斜率表示是“电源内阻与 R0 之 和”．由图象甲可得 r＋R0＝ΔΔUI ＝1.409.－060.8 Ω＝11.5 Ω，解得 R0＝7.6 Ω.
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第八章 恒 定 电 流
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第八章 恒 定 电 流
实验原理与实验操作
典题演示1 (原创)物理兴趣小组的同学用如下器材测定一 节干电池的电动势和内阻：
方案一
方案二
甲
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第八章 恒 定 电 流
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第八章 恒 定 电 流
数据处理与误差分析
典题演示2 (原创)某同学现用图甲所示的电路原理图来测 定一节干电池的电动势和内阻，图中两电流表为理想电流表， 其中电流表A1为毫安电流表，保护电阻R0为电阻箱．实验时先 调节滑动变阻器和电阻箱的阻值，使两电流表都有较合适的读 数．然后保持电阻箱的示数不变，调节滑动变阻器的滑片，将 每次实验中的实验数据记录在下表中，分析下列问题：
图3
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第八章 恒 定 电 流
2. 合理选择电压表、电流表量程．测一节干电池的电动势 和内阻时，电压表选0～3 V量程，电流表选0～0.6 A量程，滑 动变阻器选0～10 Ω.
3. 应使用内阻大些(用过一段时间)的干电池；在实验中不 要将I调得过大；每次读完I和U的数据后应立即断开电源，以免 干电池在大电流放电时E和r明显变化．
第八章 恒 定 电 流
(2) 实验后两个小组的同学将他们的实验数据做在同一个 UI坐标中，得到了如图乙所示的两条伏安特性曲线．通过分析 可知图中所示的伏安特性曲线中，图线甲是利用方__案__二______实 验 得 到 的 图 象 ， 图 线 乙 是 利方用案__一_______ 实 验 得 到 的 图 象 ( 填 “方案一”或“方案二”)．
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第八章 恒 定 电 流
结论：① E 为真实值． ② I 短测<I 短真． ③ 因为 r 测＝IE短测，所以 r 测>r 真，r 测为 r 真和 RA 的串联值， 由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时 r 测的测量误差非常 大．
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出所记录的各组 I、U 值的对应点，连成 U-I 图线．延长 U-I 图
线，它与坐标轴有两个交点，读取 E，进一步可以算出 r＝ ΔU
___Δ_I____，如图 2 所示．
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第八章 恒 定 电 流
【注意事项】 1. 本实验采用伏安法，正确的实验电路为电流表内接法(如 图1所示)，不要接成电流表外接法(如图3所示)．
(3) 根据闭合电路的欧姆定律可得 E＝I1R0＋I2r， 由上式可得 I2＝Er －I1Rr0， 图象在纵轴上的截距 a＝Er ， 图象斜率的绝对值|k|＝Rr0.为求直线斜率可在直线上取两个 距离较远的点，易得|k|＝2.77，则 r＝0.722 Ω，E＝0.491 V.
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4. 在作U-I图线时，要使较多的点落在这条直线上，不在直 线上的点应对称分布在直线的两侧，不要顾及个别偏离直线较 远的点，以减小偶然误差．
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第八章 恒 定 电 流
5. 干电池内阻较小时，U 的变化较慢，此时，坐标图中数 据点将呈现如图 4 甲所示的状况，为此，可使纵坐标不从零开始， 如图乙所示，把坐标的比例放大，可使结果的误差减小些．此时 图线与横轴交点不表示短路电流．另外，计算内阻要在直线上任
图2
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第八章 恒 定 电 流
【实验器材】 电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、 导线、坐标纸． 【实验步骤】 1. 连接电路 电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3 V量程，按图1连接 好电路．
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第八章 恒 定 电 流
实验八：测量电源的电动势和内阻
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第八章 恒 定 电 流
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考纲解读
• 1. 理解测定电源的电动势和内阻的基本原理．
• 2. 学会用解析法和图象法求解电动势和内阻．
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第八章 恒 定 电 流
基础梳理
【实验目的】 1. 进一步理解闭合电路欧姆定律，掌握用电压表和电流表 测定电源电动势和内阻的方法． 2. 掌握用图象法求电动势和内阻的方法；理解并掌握路端 电压U与干路电流I的关系图象(即U-I图象)与纵、横坐标轴交点 坐标的意义以及图象斜率的意义．
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2. 测量与记录
(1) 把滑动变阻器的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一
端．
(2) 闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记
录一组数据(I1、U1)．用同样方法测量几组I、U值． 3. 数据处理、整理器材
(1) 断开开关，拆除电路整理好器材．
(2) 取坐标纸，以_电__流__I_为横轴，路__端___电__压__U_为纵轴，描绘
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第八章 恒 定 电 流
【实验原理】
本实验的依据是闭合电路的欧姆定律，实验电路如图1所 示．
图1
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第八章 恒 定 电 流
1. 公式法：改变变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出 几组 U、I 值，由 U＝__E_－__I_r__可得 E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r， 解得 E＝I1UI12－ －II22U1、r＝UI12－－IU21，多测几组数据，分别求出几组 E 和 r 的值，然后求出它们的平均值．
【解析】 (1) 毫安表的示数为I1＝140 mA；电流表A2的示 数为I2＝0.30 A.
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(2) 由表中数据作的I2-I1图象如图所示．
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第八章 恒 定 电 流
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(2) 在方案二中将R0等效为电源的内阻，由此该方案所测得 的电源内阻将变大，所以图中图线甲是由方案二实验数据得到
的，图线乙是由方案一实验数据得到的．
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(3) 对于方案一，可将 R0 看成是滑动变阻器的一部分．由 图象求得电源的电动势为 E＝1.49 V.
图5
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第八章 恒 定 电 流
结论：① 当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I 短，短路电流 测量值＝真实值．
② E 测<E 真． ③ 因为 r 测＝EI短测，所以 r 测<r 真．从电路的角度看，电压表应 看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的 等效内阻和电动势(r 测和 E 测)，如图 5 乙所示，因为电压表和电 池并联，所以 r 测小于电池内阻 r 真，因为外电阻 R 断开时，a、b 两点间电压 Uab 等于电动势 E 测，此时电源与电压表构成回路， 所以 Uab<E 真，即 E 测<E 真．
实验次数 1
2
345
6
7
I1/mA I2/A
180 168 150 140 130 100 75 0.19 0.20 0.26 0.30 0.32 0.34 0.46
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第八章 恒 定 电 流
(1) 实验中一共进行了七次实验，部分实验数据如上表所 示，其中第四次测量中两电流表的示数如图乙、图丙所示，请 将两表的示数填入上表中．
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第八章 恒 定 电 流
2. 图象法：改变R的阻值，多测几组U、I值．实验中至少 测出6组U、I值，且变化范围要大些，然后在UI坐标系中描点 作图，所得直线与纵轴的交点即为__电__动__势__值__，图线__斜__率__的 绝对值即为内阻r的值．如图2所示．
直流电流表(量程0～0.6 A,0～3 A；内阻约1 Ω) 直流电压表(量程0～3 V,0～15 V；内阻约5 kΩ) 定值电阻R0(阻值近似为8 Ω) 滑动变阻器R(0～10 Ω，2 A) 电源(电动势约为1.5 V，内阻约为4 Ω) 开关和若干导线 有两个小组的同学分别设计了如图甲所示的两个实验方 案，然后这两个小组的同学按正确的实验步骤进行了实验．试 分析下列问题：
甲
乙
丙
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第八章 恒 定 电 流
(2) 图丁中已经将部分实验数据描入了坐标系中，请将第四 次实验中的实验数据描在该坐标系中，并作出I2-I1图象．
丁
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第八章 恒 定做 的 I2-I1 图 象 求 得 电 源 的 电 动 势 E ＝ __0_.4_9_1___ V，电源的内阻r＝__0_.7_2_2___ Ω.(结果保留三位有效数 字)
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第八章 恒 定 电 流
实验拓展与创新
典题演示3 (2016·南通、扬州、泰州三模)测量电源的内 阻，提供的器材如下：
A. 待测电源E(内阻约为10 Ω) B. 电源E0(电动势E0略大于待测电源的电动势E) C. 灵敏电流计G(0～30 μA) D. 电阻箱(0～999 99.9 Ω) E. 电阻箱(0～99.99 Ω) F. 定值电阻R0 G. 均匀金属电阻丝及滑动触头 H. 开关、导线若干