12.3 实验：电池电动势和内阻的测量-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教2019必修第三册）

12.3 实验：电池电动势和内阻的测量 【物理核心素养】 物理观念：通过操作实验，让学生形成对实验具有严谨科学态度的物理观念。 科学思维：体验实验研究中获取数据、分析数据、寻找规律的科学思维方法． 科学探究：经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法。 科学态度与责任：培养仔细观察，真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是的品质。 【教学重难点】 教学重点 1、电路的连接和实验器材的选择，选择测量方案； 2、实验数据处理和图像法处理实验数据。 教学难点 1. 根据实验数据得出结论后，要判断图像的斜率和截距等的意义； 2. 理解实验思路，并能列式和变形，通过对比数学方程得出结论。 知识点一、伏安法测电池电动势和内阻 一、实验思路 由E＝U＋Ir知，改变外电路的阻值可测出多组U、I的值，通过图像可求出E、r的值．实验电路如图所示． 二、物理量的测量 路端电压U和电流I两个物理量．而仅测两组U、I数据，联立方程解得E和r，误差可能较大，应该多次测量，并对数据处理，才能减小误差．所以应该使用滑动变阻器改变外电路电阻，进行多次测量． 三、数据处理 1．计算法：由E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r可解得E＝，r＝.可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值． 2．作图法： (1)以U为纵坐标，I为横坐标，建立平面直角坐标系，根据几组U、I测量数据，在坐标系中描点，作U－I图像． (2)将图线两侧延长，纵轴截距点是断路的路端电压，它的数值就是电源电动势E；横轴截距点是路端电压U＝0时的电流，它的数值就是短路电流I短＝. (3)图线斜率的绝对值为电源的内阻r，即r＝＝，如图所示． 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U－I图像时描点不准确． (2)系统误差：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些．U越大， 电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U－I坐标系中表示出来，如图所示，可见E测<E真，r测<r真． 四、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，防止干电池因大电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化． 3.当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像，纵轴起点可不从零开始．纵轴单位可取得小一些．如图4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. 【经典例题1】（1）某位同学利用如图甲所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻，他通过多次测量记录了多组对应的电流表示数I和电压表示数U，从而画出了这节干电池的U-I图像，如图乙所示。由此U-I图像可以得出这节干电池的电动势E=_______V，内阻r=_______Ω。（结果保留到小数点后两位） （2）实验过程中存在系统误差。在图所绘图像中，虚线代表没有误差情况下，电压表两端电压的真实值与通过电源电流真实值关系的图像，实线是根据测量数据绘出的图像，则图中能正确表示二者关系的是_______（选填选项下面的字母）。 【变式训练1】某同学要测量一节干电池的电动势和内阻，可供选择的器材有；电流表A（0~0.6A）、电压表V（0~3V）、滑动变阻器（，1A）、滑动变阻器（，2A）、定值电阻为、电键S及导线若干。 （1）请根据题中图1的电路图完成图2的实物连线__。 （2）为方便实验调节且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选用______（选填“”，或“”）。 （3）利用电路图进行实验，改变滑动变阻器的阻值，根据所测数据画出的图线如图3所示，则此干电池的电动势___V，内阻____。（均保留两位小数） 知识点二、伏阻法测电动势和内阻 1.实验思路 由E＝U＋Ir＝U＋r知，改变电阻箱阻值，测出多组U、R值，通过公式或图像可求出E、r.实验电路如图所示． 2．实验器材 电池、电压表、电阻箱、开关、导线． 3．数据处理 (1)计算法：由解方程组可求得E和r. (2)图像法：由E＝U＋r得：＝＋·.故－图像的斜率k＝，纵轴截距为，如图 由图像的斜率和截距求解． 【经典例题2】在测电源电动势和内阻的实验中，用电源、电阻箱、电压表连成如图所示的电路。一位同学记录的5组数据见表： R/Ω 2.0 3.0 6.0 10 15 U/V 1.30 1.36 1.41 1.48 1.49 I/A（由算出） 0.65 0.45 0.23 0.15 0.10 （1）根据这些数据计算出电流，选取适当的坐标轴，并在如图所示的方格纸上画出U-I图线。( ) （