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

第3节　实验：电池电动势和内阻的测量 [学习目标]　1.了解两侧电源电动势和内阻的实验原理，会根据要求设计实验，会选用实验器材进行实验(科学探究).2.掌握根据图像进行数据处理的方法，会根据数据处理结果分析实验结论(科学思维).3.会分析电源电动势和内阻测量的误差，掌握减小实验误差的方法(科学思维)． 知识点一　实验基础 1．实验原理 (1)伏安法：用电压表、电流表加上一个滑动变阻器，测定电源的电动势和内阻时的电路图如图所示． 其计算式为E＝__U＋Ir__. (2)安阻法：用电流表、电阻箱测定电源的电动势和内阻时的电路图如图所示． 其计算式为E＝__IR＋Ir__. (3)伏阻法：用电压表、电阻箱测定电源的电动势和内阻时的电路图如图所示． 其计算式为E＝　U＋r　. 2．实验器材(以伏安法为例) 待测电池一节，电流表(0～0.6 A)、电压表(0～3 V)各一块，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干． 3．实验步骤(以伏安法为例) (1)确定电流表、电压表的量程，按电路图连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端． (2)闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数． (3)同样的方法，依次记录多组U、I值． (4)断开开关S，拆除电路． (5)以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压、电流标在坐标图上，依据这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内阻． 4．注意事项 (1)为了使电池的路端电压变化明显，电池应选用内阻较大的(可选用已经使用过一段时间的干电池)． (2)在实验中不要将I调得过大，每次读完数后应立即断开开关，以免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得R和r发生明显变化． 知识点二　数据处理与误差分析 1．数据处理方法 (1)公式法：运用解方程组求解E和r，为了减小实验的偶然误差，利用U和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所成的图像应是一条直线，这条直线与纵轴的交点表示__电源电动势__，与横轴的交点(原点电压为零)表示__短路电流__，图线的斜率的绝对值表示__电源内阻__. 2．误差分析 (1)偶然误差 有读数视差和用图像法求E和r时由于作图不准确而造成的偶然误差． (2)系统误差 ①采用如图甲所示电路 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．实验中忽略了通过电压表的电流IV，从而形成误差(如图乙中带箭头线段所示)，而且电压表示数越大，IV越大． 从图像角度看：①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，因此短路电流测量值＝真实值；②E测＜E真；③因为r测＝，所以r测＜r真．(用电压表、电阻箱测E、r的误差分析同上) ②如果采用如图丙所示接法，则IA为电源电流真实值，理论上有E＝U＋UA＋IAr，其中UA不可知，从而造成误差(如图丁中带箭头线段UA)，而且电流表示数越大，UA越大，当电流表示数为零时，UA＝0，电压表示数值为准确值，等于E. 从图像角度看：E为真实值；I短测＜I短真；因为r＝，所以r测＞r真．(用电流表和电阻箱测E、r的误差分析同上) 考点一　伏安法测电池的电动势和内阻 【例题1】 用如图所示的电路测量电源的电动势和内阻．实验器材：待测电源(电动势约3 V，内阻约2 Ω)，保护电阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干． 实验主要步骤： (Ⅰ)将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关； (Ⅱ)逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I； (Ⅲ)以U为纵坐标，I为横坐标，作U－I图线(U、I都用国际单位)； (Ⅳ)求出U－I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a. 回答下列问题： (1)电压表最好选用________；电流表最好选用________. A．电压表(0～3 V，内阻约15 kΩ) B．电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ) C．电流表(0～200 mA，内阻约2 Ω) D．电流表(0～30 mA，内阻约2 Ω) (2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大．两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________. A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱 B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱 C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱 D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱 (3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E＝________，r＝______，代入数值可得E和r的测量