12.3 实验：电池电动势和内阻的测量 导学案 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

高二物理必修三12.3《实验：电池电动势和内阻的测量》导学案 学习目标 1．掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法． 2．掌握用图象法求电动势和内阻的方法；理解U－I图象的意义． 学习过程： 一：伏安法测电源电动势和内阻 1．原理：闭合电路的欧姆定律 实验电路： 2．E和r的求解： 由U＝E－Ir得，解得 3.实验步骤： (1)连接电路 (2)电流表用 A的量程，电压表用 V的量程； (3)把滑动变阻器调到 处 (4)闭合开关，调节变阻器，使表有明显的示数，记下一组数据，同理记录多组数据． 3．作图法数据处理，如图所示． (1)图线与纵轴交点为 . (2)图线与横轴交点为I短＝ . (3)图线的斜率表示r＝ .. 4. 系统误差分析 由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差． (1)如图甲所示，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，而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越 ． ①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，短路电流测量值＝真实值． ②E测<E真．因为r测＝，所以r测<r真．从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测)，如图乙所示，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻R断开时，a、b两点间电压Uab等于电动势E测，此时电源与电压表构成回路，所以Uab<E真，即E测<E真． (2)若采用下图甲所示的电路，IA为电源电流真实值，理论上有E＝U＋UA＋IAr，其中UA不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，UA越大，当电流为零时，UA＝0，电压为准确值，等于E，如图乙所示． 　 甲　　　　　　　　　乙 ①E为真实值． ②I短测<I短真． ③因为r测＝，所以r测>r真，r测为r真和RA的串联值，由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的测量误差非常大． 例1：某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为0～20Ω，接电路的实物图如图所示。下列对该学生接线说法错误的是（　　） A．滑动变阻器不起变阻作用 B．电流表接线有错 C．电压表量程选用不当 D．电压表接线不妥 变式训练1：如图为“用DIS测电源的电动势和内阻”的实验电路，电源由两节干电池串联而成（电池允许通过最大电流为0.6 A）。保护电阻R有四种规格，其中最适合的是（　　） A．5 Ω、2.0 W B．5 Ω、0.2 W C．50 Ω、20 W D．50 Ω、2.0 W 例2：为了测量由两节干电池组成的电池组的电动势和内阻，某小组的同学从实验室里选取了以下器材：两节干电池组成的电池组（电动势约3V,内阻约1Ω)/电压表（量 程0〜3V，内阻约1OkΩ),电阻箱（0〜999.9Ω),保护电阻R0（阻值5Ω)，开关一只，导线若干。 ①在右图所示的实验原理实物图中，该同学已完成了部分导线的连接，为使电压表示数有较大的变化范围，请用笔画线代替导线完成余下的导线连接。 ②实验中，同学们试着用多用电表代替电压表测量电压。在完成机械调零之后，应将选择幵关拨到表盘上的 区域(选填“Ω”、“V”或"A")。 ③同学们根据以上的实验原理和方法进行了实验，通过调节电阻箱的电阻值，得到了多组电阻箱阻值R和电压表示数U，并以为纵坐标，为横坐标，作出-的关系图线（该图线为一条直线）如图所示，由图线可求得电池组的电动势 V,内阻r= Ω。（结果保留三位有效数字） (V 2.94 0.880) 课后作业： 1、在测定电源电动势和内阻的实验中，为使实验效果明显且不会损害仪器，应选择下列电源中（ ） A.内阻较大的普通干电池 B.内阻较小的普通蓄电池 C.小型交流发电机 D.小型直流发电机 2、下面给出多种伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方法,其中既能减小偶然误差,又直观、简便的是（ ） A.测出两组I、U的数据，代入方程组E=U1+I1r和E=U2+I2r，求出E和r B.多测几组I、U的数据，求出几组E和r，最后分别求出其平均值 C.测出多组I、U的数据，画出U-I图象，再根据图象求E和r D.多测出几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为