12.3 实验：电池电动势和内阻的测量（伏安法）导学案 -2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

学科 物理 年级 高二 时间 2024.8 课题 12.3实验：电池电动势和内阻的测量（伏安法） 课型 新授课 学习目标 1. 经历实验设计过程，理解测定电源电动势和内阻的实验原理。 2. 在理解实验原理的基础上，能完成测电动势和内阻的规范实验操作。 3. 学会用U-I图像处理数据并得到电源电动势和内阻，进一步体会此方法。 知识链接 前知回顾： 1.闭合电路欧姆定律： 。 2.电源电动势与内、外电压关系 。 3.画出简易的U-I关系图像： 由图像只要能得到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。电路图如图所示。 一、伏安法测量电池的电动势和内阻 1．实验器材 待测电池一节，电流表(0～0.6 A)、电压表(0～3 V)各一个，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干。 2．实验步骤 (1)选择合适的电流表、电压表量程，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 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、电压表读数。 (3)用同样的方法，依次记录多组U、I值。 (4)断开开关S，拆除电路。 3．实验数据的处理 (1)公式法：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。（优点是理论较简单,缺点则是不够简便、直观） (2)图像法 ①本实验中，为了减小实验误差，一般用图像法处理实验数据，即根据多次测出的U、I值，作U­I图像，如图所示； ②将图线两侧延长，纵轴截距点(电流I＝0)意味着断路情况，它的数值就是U断= ； ③横轴截距点(路端电压U＝0)意味着短路情况，它的数值就是 I短= ； ④图线斜率的绝对值即电池的内阻r，即r＝＝。 4．注意事项 (1)为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻 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，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化。 (3)当干电池的路端电压变化不明显时，作图像时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始。 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。 5．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：主要原因是电压表的 作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏 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。 思考：两个电路图在测量电源电动势和内阻实验中有什么区别？ 随堂检测 1．小明要较准确的测两节干电池的电动势和内阻。实验室提供的器材有：电池组（两节干电池），定值电阻、，毫安表（量程为100mA，内阻为6Ω），电压表（量程为3V，内阻约1000Ω），滑动变阻器R，开关，导线若干。      （1）小明根据实验室提供的器材设计了电路并连接了实物图，如图甲，为了使电流测量的范围大一些，他将毫安表与一个定值电阻并联，电路图中的定值电阻应选用的是 （选填“”或“”），如果把并联的毫安表和定值电阻看作一个新的电流表，新电流表的量程为 A； （2）闭合开关前，应将图甲中滑动变阻器的滑片移到最 （选填“左”或“右”）端；闭合开关后，调节滑动变阻器的滑片，测出多组电压表和毫安表的示数，作出图像如图乙，则两节电池的总电动势E＝ V，总内阻r＝ Ω（结果均保留两位有效数字）； （3）从实验原理上分析，通过本实验测量的电动势 实际电动势，测量的内阻 实际内阻（均选填“大于”“等于”或“小于”）． 2．某学习小组为了测一节干电池的电动势和内阻，实验老师提供了下列器材： A．一节干电池 B．电流表：量程0~0.6A，内阻约为0.2Ω C．电流表：量程0~3A，内阻约为0.1Ω D．电压表：量程0~3V，内阻约为2kΩ E．电压表：量程0~15V，内阻约为10kΩ F．滑动变阻器：最大阻值为10Ω G．滑动变阻器：最大阻值为2kΩ H．开关、导线若干 （1）为了尽可能准确地测量，在上述器材中请选择适当的器材：电流表选 ，电压表选 ，滑动变阻器选 。（均填写器材前的序号字母） （2）实验电路图应选择图中的 （填“甲”或“乙”）。 （3）根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的图像。由此可知，干电池的电动势 V，内电阻 Ω。（均保留3位有效数字） 课后练习 3．小明测定干电池的电动势和内阻，实验室有如下实验器材：干电池一节（电动势约为），量程为的电压表V，量程为的电流表A，最大阻值为的滑动变阻器R，开关一个，导线若干。根据所学的知识回答下列问题： （1）有两种电路可供选择，若所测干电池内阻较小，为减小内阻测量的误差，实验电路应选择图 （选填“甲”或“乙”）所示电路。 （2）请你用笔画线，按正确的测量电路将图丙中的实物连接完整( )，测得多组电压表和电流表的示数，在坐标纸上描点如图丁，请根据描出的点作图。( )    （3）闭合开关前将实物图中滑动变阻器的滑片移到最 端（填“左”或“右”），闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，测得多组电压表和电流表的示数，在坐标纸上描点作图，请根据作图求出电源的电动势 V，测量值比真实值 （填“偏大”“偏小”或“相等”）；电源内阻 （结果保留小数点后两位），测量值比真实值 （填“偏大”“偏小”或“相等”）。 学科网（北京）股份有限公司 $$