12.3实验：电池电动势和内阻的测量（同步课件）-【鼎力课堂】2024-2025学年高二物理同步备课精编优选课件+同步作业（人教版2019必修第三册）

§3 实验：电池电动势和内阻的测量 第十二章 电能 能量守恒定律 高中物理(人教版2019)必修第三册 CONTENTS 实验思路 01. 实验数据与误差分析 02. PART 01 新课引入 有一节干电池，想测出其电动势和内电阻。现有电流表、电压表、滑动变阻器、电阻箱、开关，你能设计几种实验方案？ 思考与讨论 PART 02 实验思路 1.仪器选择 方案一 2.实验原理：E= U + I r 3.实验电路： 1 1.仪器选择 方案二 2.实验原理：E=I R+ I r 3.实验电路： 2 1.仪器选择 方案三 2.实验原理： 3.实验电路： E=U+ 3 PART 03 实验数据与误差分析 方案一：伏安法测电源电动势和内阻 闭合电路的欧姆定律：Ｅ＝Ｕ＋Ｉr v A 1.实验原理： 2.实验电路： 安培表：0~0.6A 伏特表：0~3V 滑动变阻器：阻值较小的,最大阻值10~20Ω 被测干电池：旧的干电池，内阻较大。 电键和导线 3.仪器选择： 方案一：伏安法测电源电动势和内阻 （1）按原理图连接实物图 v A （2）把变阻器的滑片移到一端使其阻值最大 （3）闭合电键,调节变阻器,使电流表的读数有明显示数,记录一组电流表和电压表的示数,用同样的方法测量并记录几组U、I值 （4）断开电键,整理好器材 4、实验步骤： 方案一：伏安法测电源电动势和内阻 12 方法一:公式法 改变R的阻值，从电流表和电压表中读取两组I、U的值，代入方程组联立求解，多测量几次I、U的值，算出E、r取平均值. 5.数据处理： 方案一：伏安法测电源电动势和内阻 E I短 方法二:图象法 E I r = 短 E U轴截距等于电动势E 在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出几组的U、I值画出U－I图像. r等于直线的斜率的绝对值 5.数据处理： 方案一：伏安法测电源电动势和内阻 A V S 甲 R A V S 乙 R 甲图：误差来源于电压表的分流作用 乙图：误差来源于电流表的分压作用 适宜测小内阻电源 适宜测大内阻电源 6.电路选择： 方案一：伏安法测电源电动势和内阻 误差来源： U I 测量值 × × 真实值 I真 Iv A V K E,r I测 电压表分流 口诀：分流小人（r）小义（E） 7.误差分析： 方案一：伏安法测电源电动势和内阻 16 A V K E,r U I 测量值 × × × 真实值 U外 U测 UA 误差来源： 电流表的分压 口诀：分压高人一（E）等 7.误差分析： 方案一：伏安法测电源电动势和内阻 （1）本实验在电键闭合前，变阻器滑片应置于阻值最大位置处. （2）使用内阻较大一些的旧电池.从而使得路端电压变化较为明显。 在实验中不要将电流调得太大，每次读完数后立即断电，以免使电动势和内阻发生变化. （3）要测出6组I、U数据，且变化范围要大一些. （4）画U-I图线时，应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去. 8.注意事项： 方案一：伏安法测电源电动势和内阻 18 方案一：伏安法测电源电动势和内阻 1、电路图：如图所示。 2、原理：根据闭合电路的欧姆定律得 E＝IR＋Ir，改变电阻箱的阻值就能得到 R、I 数据，利用两组数据就能求得 E、r，也可利用多组数据作图象来求解。 A R2 E=I 1(R1+r) E=I2 (R2+r) 方案二： I-R法测电源电动势和内阻 V R2 V R1 E= U1 + U1r / R1 E= U2 + U2r / R2 方案三： U-R法测电源电动势和内阻 实验演示 PART 04 课堂练习 1．在“测电源电动势和内阻”实验中由于电表的内阻所产生的误差为系统误差。关于该系统误差产生原因以及影响，以下正确的是（　　） A．电流表分压；测得的电源电动势偏小，内阻偏小 B．电流表分压；测得的电源电动势准确，内阻偏大 C．电压表分流；测得的电源电动势偏小，内阻偏小 D．电压表分流；测得的电源电动势准确，内阻偏大 课堂练习 01 C 课堂练习 01 【答案】C 【详解】伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法，由于电压表分流作用，电流表测量值偏小，当外电路短路时，电流测量值等于真实值，电源的U-I图像如图所示，由图像可知，电动势测量值小于真实值，电源内阻测量值小于真实值。故选C。 课堂练习 02 B 2．某同学用如图所示的实验电路测量某电源的电动势和内阻，其中R为电阻箱。在图中，实线是根据实验数据描点作图得到的图线；虚线是在忽略电表内阻影响的理想情况下，该电源的路端电压U随电流I变化的图线，其中正确的是（     ） 课堂练习 02 【答案】B 【详解】当不考虑电压表内阻影响时，则通过电源的电流为当考虑电压表内阻影响时，则通过电源的电流为而当电路短路时则图像为B。故选B。 课堂练习 03 3．某物理兴趣小组要测量一节干电池的电动势和内阻。他们在实验室找到了如下器材：电流表（量程），电压表（量程），滑动变阻器，开关、导线若干。 (1)此电流表是由量程为1mA，内阻为的表头改装而成。则改装时，所使用的并联电阻的阻值为 (2)为了减小误差，他们应选择如图 选填“甲”或“乙”所示的电路进行实验； 课堂练习 03 (3)按所选电路进行实验，得到多组电流表的示数I和对应的电压表示数U，以U为纵坐标，I为横坐标将得到的数据进行描点，连线后得到一条倾斜直线，如图丙所示，由图像得出电池组的电动势 V，内阻 。结果均保留2位小数 课堂练习 03 【答案】(1)0.1(2)乙(3) 1.48 0.70 【详解】（1）电流表扩大量程需要并联一个小电阻来分流，并联的电阻越小分流越大，则量程越大。电流表量程为则并联电阻的分流为599mA，根据并联电路电压相等有解得 （2）改装后的电流表内阻明确已知，故采用图乙所示电路进行实验，没有系统误差。 （3）[1][2]根据闭合电路欧姆定律有其中图像丙纵轴截距表示电源电动势，则图像斜率绝对值为解得内阻。 课堂练习 04 4．某同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E、内阻r和定值电阻R0的阻值。实验器材有电阻箱R，待测定值电阻R0，电流表A，开关S1，开关S2，待测电源，导线若干。 （1）闭合开关S1，断开开关S2，调节电阻箱的阻值为R1，读出电流表A的示数I0；闭合开关S2，调节电阻箱的阻值为R2，使电流表A的示数仍为I0；则定值电阻R0的阻值阻为 某次测量时电阻箱的读数如图丙所示，则该读数为 Ω； 课堂练习 04 （2）将开关S2保持闭合，多次调节电阻箱的阻值，记录每次调节后的电阻箱的阻值R及电流表A的示数I，该同学打算用图像处理数据，以电流表示数I的倒数为纵轴，电阻箱的读数R 为横轴，做出了如图乙所示的图像，可求得电源的电动势E= V，内阻r= Ω。（计算结果保留2位小数） （3）根据（2）求得的电源内阻r比其真实值 （选填“偏大”或“偏小”） 课堂练习 04 【答案】 32.2 1.43 0.71 偏大 【详解】（1）[1]电流表A的示数两次均为I0，由全电路电阻相等可求得 [2]电阻箱读数要乘以相应的倍率为32.2Ω； （2）[3][4] 开关S2保持闭合，由闭合电路欧姆定律得可由斜率、截距的物理意义求得， （3）[5]求得的值减去电流表的内阻才是真实的电源内阻，所以求得的电源内阻r比其真实值偏大了。 5．某中学课外兴趣小组测量手机电池的电动势和内阻的实验原理图如图甲所示，已知电池的电动势约为3V、内阻小于1Ω，现提供的器材如下： A．手机电池； B．电压表V1（量程为0～15 V，内阻约为10 kΩ）； C．电压表V2（量程为0～3 V，内阻约为10 kΩ）； D．电阻箱R（0～99.9 Ω）； E．定值电阻R01＝2 Ω； F．定值电阻R02＝100 Ω； G．开关和导线若干。 (1)如果要准确测量电池的电动势和内阻，电压表应选择 ；定值电阻R0应选择 。（均选填实验器材前的标号） 课堂练习 05 (2)兴趣小组一致认为用线性图像处理数据便于分析，于是在实验中改变电阻箱的阻值R，记录对应电压表的示数U，获取了多组数据，画出的－图像为一条直线，如图乙所示，若把流过电阻箱的电流视为干路电流，则可得该电池的电动势E＝ V，内阻r＝ Ω。（结果均保留两位有效数字） (3)若考虑电压表的分流作用，则该实验中电动势的测量值与真实值相比 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 课堂练习 05 课堂练习 05 【答案】(1) C E(2) 3.3 0.25(3)偏小 【详解】（1）[1]由题意知电池电动势约为3 V，要准确测量电池的电动势和内阻，电压表应选择量程为3 V的V2，故电压表应选择C； [2]R02＝100 Ω的定值电阻阻值太大，使得电压表指针的偏角太小，且在改变电阻箱阻值时，电压表的示数变化不明显，故定值电阻选择阻值较小的R01，故定值电阻R0应选择E。 （2）[1][2]由闭合电路欧姆定律得整理可得结合图乙可得，解得电动势和内阻分别为， （3）考虑到电压表的分流作用，则整理可得则图像的纵轴截距为可得故电动势的测量值与真实值相比偏小。 谢谢聆听 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.70 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$