第2章 第7节 实验：测量电池的电动势和内阻（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材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 [对应学生用书P79] 1．掌握测量电源电动势和内阻的实验原理、实验电路和实验方法． 2．学会用图像法处理实验数据． 3．会对测量误差进行分析，了解测量中减小误差的方法． 1．如图甲所示，改变滑动变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组I和U的值，由U＝E－Ir可得 E＝，r＝. 2．为了减小误差，至少测出6组U和I值，且变化范围要大些．然后在U­I图中描点作图，由图线的纵轴截距和斜率找出E、r，如图乙所示． 待测电池一节，电流表、电压表各一个，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干． 1．确定电流表、电压表的量程，按图连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端． 2．闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表的读数． 3．按同样的方法操作，依次记录多组U、I值． 4．断开开关S，拆除电路． 5．以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压、电流标在U­I坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据图线斜率的绝对值求出内电阻． 为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法： 1．公式法 利用依次记录的多组数据(一般为6组)，分别记录如下表所示： 实验序号 1 2 3 4 5 6 I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6 U外/V U1 U2 U3 U4 U5 U6 分别将1、4组，2、5组，3、6组数据代入方程组解出E1、r1、E2、r2、E3、r3，求出它们的平均值． 以E＝，r＝作为测量结果． 2．图像法 把测出的多组U、I值，在坐标系中描点画图像，使U­I图像的直线经过大多数坐标点，不在直线上的坐标点大致分布在直线的两侧，如图所示，由U＝E－Ir可知： (1)纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流Im＝. (2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻 r＝＝. (3)若电源内阻r＝0(理想电源)，则U＝E. 1．偶然误差 主要来源于电压表和电流表的读数以及作U­I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U­I坐标系中表示出来，如图所示，可见E测<E真，r测<r真． 1．为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表． 2．实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池因电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化． 3．若干电池的路端电压变化不很明显，则作图像时纵轴的单位可取得小一些，且纵轴起点可不从0开始． 如图所示，此时图线与纵轴的交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴的交点不再是短路电流，用r＝求内阻时要在直线上取较远的两点． [对应学生用书P81] 某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r，所给的其他器材有： A．电压表V(0～3～15 V) B．电流表A(0～0.6～3 A) C．变阻器R1(20 Ω，1 A) D．变阻器R2(1 000 Ω，0.1 A) E．电阻箱R(0～999.9 Ω) F．开关和导线若干 (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”)，变阻器应选用________(选填“R1”或“R2”)； (2)根据实验要求在图甲虚线框中画出电路图，并补充连接实物电路图乙； (3)测出几组电流、电压的数值，并画出图像如图丙所示，由图像知该电池的电动势E＝________ V，内电阻r＝________ Ω . 解析　(1)由图可知，电流小于0.6 A，故电流表应选用的量程为0～0.6 A；而电池的电动势约为1．5 V，故电压表应选用的量程为0～3 V；为了调节方便并能减小误差，故变阻器应选用R1．(2)对照电路原理图，连接实物图．(3)图像的纵轴截距表示电动势，故电动势为E＝1．5 V；斜率绝对值表示电源内电阻，故r＝ Ω＝2.5 Ω. 答案　(1)0～3 V　0～0.6 A　R1 (2) (3)1．5　2.5 [题后总结]　 (1)用伏安法测电池的电动势和内阻的实验电路，电流表采用内接法． (2)图像法处理实验数据，要结合公式理解图像的斜率及截距的含义． [训练1]　用如图所示电路测量一节干电池的电动势和内阻．电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材如下： A．电流表(量程0～0.6 A、0～3 A) B．