第12章 第3节 实验：电池电动势和内阻的测量（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（人教版2019）

第3节　实验：电池电动势和内阻的测量 (实验课—基于经典科学探究) 实验电路 实验原理 由E＝U＋Ir知，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。实验电路如图所示 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 由E＝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。实验电路如图所示 一、实验操作　 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。 二、数据处理　 1．计算法：由E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r，可解得E＝，r＝。可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值。 2．作图法： (1)以U为纵坐标，I为横坐标，建立平面直角坐标系，根据几组U、I测量数据，在坐标系中描点，作U－I图像，如图所示。 (2)将图线两侧延长，纵轴截距是断路的路端电压，它的数值就是电源电动势E；横轴截距是路端电压U＝0时的电流，它的数值就是短路电流I短＝。 (3)图线斜率的绝对值为电源的内阻r，即r＝＝。 三、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：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些。U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U－I坐标系中表示出来，如图所示，可见E测<E真，r测<r真。 四、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。 [关键点反思] 1.由于电池的内阻较小，当电流I变化时，电压U的变化较小，这样会使测量数据集中在U－I图像的很小区域，如图所示，不利于减小误差。如何调整坐标轴来解决这个问题？怎样根据调整后的图像确定电源的电动势和内阻？ 提示： 为了减小误差，作图时，可根据实验数据的分布特点，让电压轴的起点标度不从零开始，如图所示，此时图线与纵轴的截距仍为电池的电动势E，但图线与横轴的截距不再是短路电流。内阻可在直线上取较远的两点用r＝求出。 2．若使用旧电池进行该实验时，发现路端电压U随电流I变化仍不明显，用什么方法可以使这个变化更明显一些。 提示：如图所示给电源串联一个定值电阻，既作为保护电阻，又可以增加电源的等效内阻，使电压表的示数有明显的变化。 3．某兴趣小组计划用如下三组器材设计不同的实验方案来测定干电池的电动势和内阻。 第一组：一个电流表、一个电压表和一个滑动变阻器； 第二组：一个电压表和多个定值电阻； 第三组：两个电流表。 请根据所学的知识评估这三组器材能否测定干电池的电动势和内阻。 提示：第一组：电流表测电流，电压表测路端电压，滑动变阻器改变电路的阻值从而获得多组数据， 可以测出干电池的电动势和内阻； 第二组：电压表测路端电压，电流可由路端电压和定值电阻求得，通过改变接入定值电阻的个数来改变电路的电阻，故可以测出干电池的电动势和内阻； 第三组：若只有两个电流表，不管如何去接入都会造成电源断路，所以不能测出干电池的电动势和内阻。 考法(一)　实验基本操作 [例1]　某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内阻r，所给的器材有： A．电压表V：0～3 V,0～15 V B．电流表A：0～0.6 A,0～3 A C．滑动变阻器R1：20 Ω，1 A D．滑动变阻器R2：1 000 Ω，0.1 A E．开关S和导线若干 (1)实验中电压表应选用的量程为__________(选填“0～3 V”或“0～15 V”)；电流表应选用的量程为________(选填“0～0.6 A”或“0～3 A”)；滑动变阻器应选用________(选填“R1”或“R2”)。 (2)根据实验要求完成图甲中的实物电路图连线。 (3)实验测得的6组数据已