第4章 第3节 测量电源的电动势和内阻（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（粤教版2019）

第三节　测量电源的电动势和内阻 课程内容要求 核心素养提炼 　会测量电源的电动势和内阻 1.物理观念：知道实验的原理是闭合电路欧姆定律 2．科学思维：会设计测定电池电动势和内阻的“伏安法”“伏阻法”“安阻法”的电路，体会图像处理的优点，体会“化曲为直”的思想方法 3．科学探究：根据实验原理，探究需要的实验器材和正确的电路连接 4．科学态度与责任：学生能自主合作探究，并在尊重实验事实的基础上进行数据处理 [对应学生用书P90] 一、实验目的 1．掌握用电压表和电流表测量电动势和内阻的方法． 2．会利用计算法和图像法求电动势和内阻． 二、实验器材 　待测电池，电流表(0～0.6 A)，电压表(0～3 V)，滑动变阻器，电阻箱，开关，导线． 三、实验原理与设计 1．伏安法 (1)原理图： (2)主方程：E＝U＋Ir. (3)主要器材：滑动变阻器、电流表、电压表． (4)实验设计：通过调节滑动变阻器，只需测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r. 2．安阻法 (1)原理图： (2)主方程：E＝IR＋Ir. (3)主要器材：电阻箱、电流表． (4)实验设计：通过调节电阻箱，只需测出R、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r. 3．伏阻法 (1)原理图： (2)主方程：E＝U＋r. (3)主要器材：电阻箱、电压表． (4)实验设计：通过调节电阻箱，只需测出R、U的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r. 四、实验步骤 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，根据图线的斜率大小求出内阻． 五、数据处理 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U­I图中描点画图像，使U­I图像的直线经过大多数坐标点或使各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. 六、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． 七、注意事项 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，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r＝求出． [对应学生用书P92] 探究点一　实验原理和实验操作 用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V，内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻，除待测电池组、开关、导线外，还有下列器材供选用： A．电流表：量程0.6 A，内电阻约1 Ω B．电流表：量程3 A，内电阻约0.2 Ω C．电压表：量程3 V，内电阻约30 kΩ D．电压表：量程6 V，内电阻约60 kΩ E．滑动变阻器：0～1 000 Ω，额定电流0.5 A F．滑动变阻器：0～20 Ω，额定电流2 A (1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)． (2)如图为正确选择仪器后，连好的部分电路．为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将______