4.3 测量电源的电动势和内阻（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理必修第三册（粤教版）

第三节　测量电源的电动势和内阻 授课提示：对应学生用书第60页 一、实验目的 1．进一步熟练电压表、电流表、滑动变阻器的使用。 2．学会用伏安法测电池的电动势和内阻。 3．学会利用图像处理实验数据。 二、实验原理 1．原理图如图所示。 2．原理：通过改变滑动变阻器的阻值，用电压表和电流表测出每种状态(最少两种)下的U、I值，列出两个方程，即可求出电动势E和内阻r。 即 联立求解可得 三、实验器材 　被测电池(干电池)、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺等。 授课提示：对应学生用书第60页 一、实验步骤 1．确定电流表、电压表的量程，按电路原理图把器材连接好，如图所示。 2．把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。 3．闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几组I和U的值。 4．断开开关，整理好器材。 二、数据处理 1．代数法：运用方程组求解E和r。 为了减小实验的偶然误差，应该利用U、I值多求几组E和r的值，算出它们的平均值。 2．图像法：对于E、r一定的电源，路端电压U与通过干路的电流I的U­I图像是一条直线，这条直线与纵轴U的交点表示电源的电动势E，与横轴I的交点表示短路电流，图线斜率的绝对值表示电源的内阻r。在读图时应注意图像的纵坐标是否是从零开始的，若从零开始，如图甲所示，则r＝。，若不是从零开始，如图乙所示，则r＝ 三、注意事项 1．为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表。 2．实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化。 3．若干电池的路端电压变化不很明显，作图像时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始。如图所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r＝||求出。 4．为了提高测量的精确度，在实验中I、U的变化范围要大一些，计算E、r时，U1和U2、I1和I2的差值要大一些。 四、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U­I图像时描点不很准确。 2．系统误差 (1)电流表内接时电路如图甲所示，产生实验误差的原因是由于电压表的分流造成的，测量值与真实值的关系为：E测<E真，r测<r真。 (2)电流表外接时电路如图乙所示，产生实验误差的原因是由于电流表的分压造成的，测量值与真实值的关系为： E测＝E真，r测>r真。 授课提示：对应学生用书第61页 类型一　实验操作与实物连线 　在“用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻”的实验中，提供的器材有： A．干电池一节 B．电流表(量程0～0.6～3 A) C．电压表(量程0～3～15 V) D．开关S和若干导线 E．滑动变阻器R(最大阻值20 Ω，允许最大电流2 A) (1)为使测量尽可能精确，请根据原理图甲用笔画线代替导线将如图乙所示的实物图连成实验电路。 (2)完成下列实验步骤中所缺的内容： A．按实验要求连接好电路，使滑动变阻器接入电路的阻值________(选填“最大”或“最小”)。 B．闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电压表和电流表的指针有明显偏转，读取电压表和电流表的示数。 C．继续移动________，并再次读取电压表和电流表的示数。用同样方法测量多组数据。 D．断开开关，整理好器材，进行实验数据处理。 [解析]　(1)根据电源的电动势的大小，可以确定电压表的量程，因通过电源的电流不易过大，故电流表选0～0.6 A量程，根据电路图连接线路即可。 (2)闭合开关前，应使滑动变阻器以最大阻值接入电路中，这样在闭合开关时，电流最小。改变滑动变阻器的大小，再次读取电压表和电流表的示数。用同样方法测量多组数据，根据电流和电压的数值，作出图像。 [答案]　(1)所连实物图如图所示 (2)最大　滑动变阻器的滑片 类型二　实验原理及数据处理 　在用电压表和电流表测电池的电动势和内阻的实验中，所用电压表和电流表的内阻分别为1 kΩ和0.1 Ω，如图甲为实验原理图。 (1)一位同学记录的6组数据见表，试根据这些数据在图乙中画出U­I图像，根据图像读出电池的电动势E＝________ V，求出电池内阻r＝________ Ω。 I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 (2)若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，用公式E＝U＋Ir列方程求E和r，这样做可能得出误差很大的结果，其中选用第________组和第________组的数据，求得E和r误差最大。 [解析]　(1)根据U、I数据，在图乙中找点描迹，如图