3 实验 电池电动势和内阻的测量-2022-2023学年高一物理同步备课讲义 (人教版2019必修第三册)

3 实验 电池电动势和内阻的测量 [学习目标] 1. 掌握伏安法测量电池电动势和内阻的原理，会选用实验器材正确连接电路并进行实验数据处理 2. 理解“伏阻法”“安阻法”测量电池电动势和内阻的原理，掌握其数据处理方法． 知识点一、伏安法测量电池电动势和内阻 1． 实验原理：闭合电路欧姆定律，E＝U＋Ir．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 2． 实验器材：干电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺． 3． 实验步骤 1　 电流表用0.6 A的量程，电压表用3 V的量程，按图连接好电路． 2　 把滑动变阻器的滑片移到接入电路阻值最大的一端． 3　 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)．用同样的方法再测量几组I、U值，填入表格中． 4　 断开开关，拆除电路，整理好器材． 4． 实验数据处理 1　 列方程组，解出E＝，r＝，并多次测量求平均值． 2　 用作图法处理数据，如图所示：图线与纵轴交点为电源电动势E；图线斜率的绝对值为内阻r，即r＝＝. 5． 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： （内接法）若采用甲图电路，电压表的分流作用造成误差，电压值越大，电压表的分流越多，对应的I真与I测的差越大，IV＝.其中U－I图像如图乙所示． 结论：E测<E真，r测<r真．或者等效电源思想：如图甲所示，E测＝E真<E真，r测＝<r真．r测<r真． （外接法）若采用丙图电路，电流表的分压作用造成误差，电流越大，电流表分压越多，对应U真与U测的差越大，UA＝I·RA.其中U－I图像如图丁所示． 结论：E测＝E真，r测>r真． 或者利用等效电源思想：如图丙所示，E测＝E真，r测＝r＋RA>r真． 6． 注意事项 1　 电路选择：电源内阻一般较小，选图甲电路误差较小；当内阻已知时选图丙电路，此时r＝k－RA，没有系统误差． 2　 为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池． 3　 实验中不能将电流调得过大，应小于0.5 A，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． 4　 要测出不少于6组的(I，U)数据，变化范围要大些． 5　 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. 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1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2. 由图像的斜率和截距求解． 4． 误差分析 1　 误差来源：电压表有内阻，干路电流表达式不准确，导致电动势测量不准确； 2　 结论：E测＜E真，r测＜r真． 知识点三、安阻法测电动势和内阻 1． 实验思路：如图所示，由E＝IR＋Ir知，改变电阻箱的阻值，测出多组I、R的值，通过图像就可求出E、r的值． 2． 实验器材：电池、电流表、电阻箱、开关、导线． 3． 数据处理 1　 计算法：由解方程组求得E，r. 2　 图像法：由E＝I(R＋r)得：＝R＋，则－R图像的斜率k＝，纵轴截距为(如图甲)， 或者联立得：R＝E·－r，则R－图像的斜率k＝E，纵轴截距为－r(如图乙)．都可由图像的斜率和截距求解． 4． 误差分析 1　 误差来源：电流表有电阻，导致内阻测量不准确； 2　 结论：E测＝E真，r测＞r真(r测＝r真＋rA)． 知识点一：伏安法测电动势和内阻 【探究重点】 等效电源法分析误差． 两个电路误差分析：图甲把与电源等效为新的电源r测＝r＋RA>r真，E测＝E真 图乙把与电源等效为新的电源r测＝<r真，E测<E真 【例题精讲】 1. （2023·辽宁省鞍山市高三下学期一模）某学习小组用两种不同的金属电极插入柠檬做了一个“水果电池”，如图a所示。将该水果电池给“1.5V、0.3A”的小灯泡供电，发现小灯泡不发光，检查电路无故障，测量电路中的电流，发现读数不足3mA。 （1）你认为电路中电流不足3mA的原因是________； （2）为了测量水果电池的电动势和内阻，进行如下实验，电路图如图b所示。请按照电路图，将图c中的实物图连线补充完整________。 （3）连好电路后闭合开关，发现滑动变阻器在阻值较大范围内调节时，电压表示数变化不明显，其原因是所选用的滑动变阻器________