第4章 第2节 科学测量：电源的电动势和内阻（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（鲁科版2019）

第2节　科学测量：电源的电动势和内阻 (实验课—基于经典科学探究) 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．实物连线图 2．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＝。 一、实验步骤　 1．确定电流表、电压表的量程，按电路原理图把器材连接好。 2．把滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值最大的一端。 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。 二、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内阻的大小r＝|k|＝。 三、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。 四、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。 [关键点反思] 1．如图所示，伏安法测电源电动势和内阻有两种接法，为什么我们会选择电流表外接(相对测量电源电路)的甲电路？ 提示：由于电池内阻与电流表内阻接近，所以电流表应采用外接法(相对测量电源电路)，即一般选用误差较小的甲电路。 2．在上题甲电路中，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于哪一端？为什么？ 提示：最左端，以免闭合开关时，因电流过大，烧坏电流表。 3．电池的内阻r＝，实验中为什么不直接测量出短路电流，从而得出电池的内阻r? 提示：电池短路时电流过大，不可以用电流表直接测量电池的短路电流。 考法(一)　实验原理与操作 [例1]　为了测定一电池的电动势和内阻，实验室中提供有下列器材： A．电流表G(满偏电流10 mA，内阻10 Ω) B．电流表A(0～0.6 A～3 A，内阻未知) C．滑动变阻器R(0～100 Ω，1 A) D．定值电阻R0(阻值990 Ω) E．开关与导线若干 (1)某同学根据现有的实验器材，设计了如图甲所示的电路，请按照电路图在图乙上完成实物连线。 (2)图丙为该同学根据上述设计的实验电路利用实验测出的数据绘出的I1－I2图线，I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数，由图线可以得到被测电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。 [解析]　(1) 连接实物图时，注意电流由电源正极出发，由两电流表正接线柱流入，负接线柱流出，实物连线如图所示。 (2)电流表G与定值电阻R0串联，可等效为电压表使用，由欧姆定律可知，电流表G示数I与(R0＋r)的乘积等于电源两端电压，故I1－I2图像实质为U－I图像，其纵截距为电源电动势，E＝9.0 V，斜率绝对值为电源内阻，即r＝10.0 Ω。 [答案]　(1)见解析图　(2)9.0　10.0 [微点拨] 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