(配套教参)第八章 实验十二 测量电源的电动势和内阻-【高考领航】2024高考物理大一轮复习教师用书word+课件PPT（新教材，人教版）

实验十二　测量电源的电动势和内阻 一、实验基本技能 1．实验目的 (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)学会用图像法求电源的电动势和内阻。 2．实验原理 方法1　如图甲，根据闭合电路的欧姆定律，电源电动势E、内阻r，与路端电压U、电流I的关系可以写成E＝U＋Ir　① 如果能测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从中解出E和r。因此，用电压表、电流表加上一个滑动变阻器R，就能测定电源的电动势E和内阻r。 甲 方法2　①式还可以写成E＝IR＋Ir　② 如图乙，测出I、R的两组数据，也可以得到关于E和r的两个方程，从中解出E和r。这样，用电流表和电阻箱也可以测定电源的电动势E和内阻r。 乙 方法3　①式还可以写成E＝U＋r　③ 如图丙，测出U、R的两组数据，同样能通过解方程组求出E和r。这样，用电压表和电阻箱也可以测定电源的电动势E和内阻r。 丙 3．实验器材 电池(待测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。 4．实验步骤 以方法1(伏安法)为例 (1)根据电路图甲，电流表用0.6 A的量程，电压表用3 V的量程，连接好电路，如图乙所示。 甲　　　　　　　　　　　乙　 (2)把滑动变阻器的滑片移到其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。 二、规律方法总结 1．数据处理 本实验中数据的处理方法：一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法。 第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组 U/V I/A 方法一：联立六组对应的U、I数据，数据满足关系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r……让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小。 方法二：在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U-I坐标系，在坐标平面内描出各组(I，U)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标值即为电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率绝对值即为电池的内阻r，即r＝。 2．误差分析 (1)偶然误差 ①由读数不准引起的误差。 ②用图像法求E和r时，由于作图不准确造成的误差。 ③测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化。 (2)系统误差 由于电压表和电流表内阻的影响而导致的误差。 ①如图甲所示，在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是路端电压。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越大。 甲　　　　　　　　　　　乙 即U真＝U测，I真＝I测＋IV＝I测＋。 结论：当U测＝0时，I真＝I测，用U真、I真画出乙图中右侧的修正图，由图可以看出E真>E测，r真>r测。 ②若采用丙图所示电路，在理论上E＝(U＋UA)＋Ir，I为电源电流真实值，而电压表的示数不等于路端电压真实值。 丙　　　　　　　丁 即I真＝I测，U真＝U测＋I测RA。 结论：当I测＝0时，U真＝U测，用U真、I真画出丁图中右侧修正图，由图可以看出E测＝E真，r测>r真。 3．注意事项 (1)为了使电池的路端电压变化明显，应选内阻稍大些的电池(选用已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U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得E和r明显变化。 (3)在画U-I图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线两侧，可舍弃个别离直线较远的点，以减小偶然误差。 (4)干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况，使下部大面积空间得不到利用。为此，可使纵坐标不从零开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)，如图乙所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小。此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线与纵轴交点的纵坐标仍为电动势。要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝，计算出电池的内阻r。 甲　　　　　　　　　　　乙 考点一　教材原型实验(基础考点) 1．(2020·天津卷)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确。 电压表(量程0～3 V，内阻约为3 kΩ) 电流表(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω) 滑动变阻器(0～20 Ω，额定电流1 A) 待测电池组(电动势约为3 V，内阻约为1 Ω) 开关、导线若干 (1)该小组