第2章 第7节 实验：测量电池的电动势和内阻 （word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（教科版2019）

第7节　实验：测量电池的电动势和内阻 实验目的 1.测量电源的电动势和内阻。 2.学习通过计算和作图分析处理实验数据。 实验器材 电流表、电压表、滑动变阻器、待测干电池、开关、导线等。 实验原理 如图所示，通过改变滑动变阻器R的阻值，测出两组U、I值。根据闭合电路欧姆定律，可得下列方程 E＝U1＋I1r E＝U2＋I2r 联立求解，可得 E＝，r＝。 实验步骤 1．确定电流表、电压表的量程，按如图所示把器材连接好。 2．把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端。 3．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表的示数I和电压表的示数U，用同样的方法测量并记录几组I和U的值，并填入预先设计的表格中。 4．断开开关，整理好器材。 数据处理 1．代数法 运用方程E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r，求解E和r。 利用所测U、I值多求几组E和r的值，最后算出它们的平均值。 2．图像法 如图所示，建立U-I坐标系，将记录表中的U、I值在坐标系中描出相应的点，再根据这些点画出直线，延长该直线，使它分别与纵坐标轴和横坐标轴交于A、B两点。 由闭合电路欧姆定律可知，A、B所在直线的方程为U＝E－Ir。 (1)直线与纵轴的交点表示电动势E。 (2)直线与横轴的交点表示短路电流I0。 (3)直线斜率的绝对值等于电源的内阻r＝|k|＝。 误差分析 1．偶然误差 (1)电压表和电流表的读数误差。 (2)由于导线与电池接触不好造成电池内阻不稳定产生误差。 (3)作U-I图线时描点、连线不准确产生误差。 2．系统误差 公式U＝E－Ir中I是通过电源的电流，而本实验电路是存在系统误差的，这是由于电压表分流IV，使电流表示数I测小于电池的输出电流I真。因为I真＝I测＋IV，而IV＝，U越大，IV越大，U趋于零时，IV也趋于零。所以它们的关系可用如图所示的U-I图线表示，由图线可看出r和E的测量值都小于真实值，即r测＜r真，E测＜E真。 注意事项 1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，宜选用旧电池和内阻较大的电压表。 2．电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A，因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完后应立即断电。 3．电压表、电流表应选择合适的量程，使测量时指针偏转角大些，以减小读数时的相对误差。 4．若干电池的路端电压变化不很明显，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点可以不从零开始。 5．画U-I图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。 实验原理与操作 [典例]　(2023·浙江6月选考)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中 (1)部分连线如图1所示，导线a端应连接到______(选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上。正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图2所示，其示数为________V。 (2)测得的7组数据已标在如图 3 所示U-I坐标系上，用作图法求干电池的电动势E＝________V和内阻 r＝________Ω。(计算结果均保留两位小数) [解析]　(1)电压表测量的电压应为滑动变阻器接入电路中电阻丝两端的电压，开关应能控制电路，所以导线a端应连接到B处；干电池电动势约为1.5 V，电压表选择0～3 V量程，分度值为0.1 V，题图2中电压表读数为1.20 V。 (2)作出U-I图像如图所示， 根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，可知U-I图像纵轴截距为电源电动势E＝1.50 V，U-I图像斜率的绝对值等于电源内阻r＝ Ω≈1.04 Ω。 [答案]　(1)B　1.20　(2)1.50　1.04 连接实物电路图的基本方法 (1)先画出实验电路图。 (2)按电路图选择所需的器材，明确电表量程。 (3)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，到开关，再到滑动变阻器等，按顺序以单线连接方式将主电路要串联的元件依次串联起来，然后再将要并联的元件并联到电路中。 (4)注意电源的正、负极，电表的正、负接线柱以及滑动变阻器接线柱的合理选用。 (5)还要注意连线不能交叉，开关要能控制电路。　　 数据处理与误差分析 [典例]　(2023·湖北高考)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图(a)所示电路，所用器材如下： 电压表(量程0～3 V，内阻很大)； 电流表(量程0～0.6 A)； 电阻箱(阻值0～9 999 Ω)； 干电池一节、开关一个和导线若干。 (1)根据图(a)，完成图(b)中的实物图连线。 (2)调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数