第12章 第3节 实验：电池电动势和内阻的测量(Word教参)-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

第3节　实验：电池电动势和内阻的测量 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 知道测定电池的电动势和内阻的实验原理：闭合电路的欧姆定律 1．学会利用U ­I图像处理数据并得出电源的电动势和内阻，进一步体会利用图像进行数据处理的方法。 2．尝试分析电源电动势和内阻的测量误差，了解实验中减小误差的方法 经历实验设计过程，理解测定电源电动势和内阻的实验原理 [对应学生用书P102] 知识点一 实验原理 由E＝U＋Ir知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r❶，电路图❷如图所示。 知识点二 实验步骤及数据处理 1．实验步骤 (1)电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3 V量程，按实验原理图连接好电路❸。 (2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最大❹。 (3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)。用同样的方法测量几组I、U值。 (4)断开开关，整理好器材。 (5)处理数据，用解析法和作图法求出电池的电动势和内阻。 2．数据处理 为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法： (1)公式法 利用依次记录的多组数据(一般6组)，分别记录如表所示： 实验序号 1 2 3 4 5 6 I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6 U外/V U1 U2 U3 U4 U5 U6 分别将1、4组，2、5组，3、6组❺联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值E＝，r＝作为测量结果。 (2)图像法 把测出的多组U、I值，在U­I图中描点画图像，使U­I图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图所示❻，由U＝E－Ir可知： ①纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流Im＝。 ②图线斜率的绝对值等于电源的内阻r＝＝。 3．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图像时描点不准确。 (2)系统误差 由于电压表分流IV，使电流表示数I小于电池的输出电流I真。I真＝I＋IV，而IV＝，U越大，IV越大，它们的关系可用图表示。实测的图线为AB，经过IV修正后的图线为A′B，可看出AB的斜率绝对值和在纵轴上的截距都小于A′B，即实测的E和r都小于真实值。 4．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)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。 批注❶：由闭合电路欧姆定律可得E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r，解得E＝，r＝。 批注❷：伏安法测电源电动势和内阻有两种接法，由于电流表内阻与干电池内阻接近，所以电流表应采用外接法，即一般选择误差较小的甲电路图。若是测量内阻较大的水果电池的内阻，则采用乙电路图。 批注❸：实验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于1.5 V的前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为0～3 V的电压表；对于电池来讲允许通过的最大电流约为0.5 A，故电流表的量程选0～0.6 A。 批注❹：滑动变阻器的阻值调到最大遵循的是实验的安全性原则，避免烧毁电流表和电源。 批注❺：联立方程组求解时，为了减小偶然误差，电压、电流要有较大的变化，所以不取相邻的两组数据联立，而是分别将1、4组，2、5组，3、6组数据联立。 批注❻：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。 [对应学生用书P104] 探究点一　实验原理及仪器选择　(科学探究之思维) ►对点例练 某同学采用伏安法测量一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材： A．被测干电池一节； B．电流表1：量程0～0.6 A，内阻r＝0.3 Ω； C．电流表2：量程0～0.6 A，内阻约为0.1 Ω； D．电压表1：量程0～3 V，内阻未知； E．电压表2：量程0～15 V，内阻未知； F．滑动变阻器1：0～10 Ω，2 A； G．滑动变阻器2：0～100 Ω，1 A； H．开关、导线若干。 (1)为使测量尽可能精确，在上述器材中请选择适当的器材：________(填写选项前的字母)。 (2)实验电路图应选择图中的________(选填“甲”或“乙”)。 (3)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，使滑动变阻器以________(选填“最大”或“最小”)阻