第12章 第3节 第1课时 伏安法测电池的电动势和内阻（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版2024）

第3节　实验：电池电动势和内阻的测量 第1课时　伏安法测电池的电动势和内阻 [学习目标]　1.掌握用伏安法测量电池电动势和内阻的原理、实验方法和实验操作（科学探究）.2.会选用实验器材，会设计电路、正确连接电路并进行实验数据处理（科学探究） 课前·教材预案 （见学生用书P98） 知识点一　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. 知识点二　实验原理 　路端电压U　和　电流I　两个物理量.而仅测两组U、I数据，联立方程解得E和r，误差可能较大，应该多次测量，并对数据处理，才能减小误差.所以应该使用　滑动变阻器　改变外电路电阻，进行多次测量. 知识点三　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，纵轴截距是断路时的路端电压，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＝　　＝　　. 3.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. 知识点四　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，防止干电池因大电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化. 3.当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像，纵轴起点可不从零开始.纵轴单位可取得小一些.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. 课堂·深度探究 （见学生用书P99） 考点一　实验原理和仪器选择 【例题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）根据实验要求完成下图甲中的实物线路图连线. （3）实验测得的6组数据已在U－I图像中标出，如图乙所示.请你根据数据点位置完成U－I图线，并由图线求出该电池的电动势E＝　　　　V内阻r＝　　　　Ω（结论保留2位有效数字）. 解析（1）一节干电池电动势约为1.5 V，则电压表应选用的量程为0～3 V；电路最大电流约为零点几安，电流表应选用的量程为0～0.6 A；为方便实验操作，且外电压明显变化，滑动变阻器应选R1. （2）伏安法测电源电动势和内阻实验，电压表测路端电压，电流表测电路中的电流，实验电路图如图所示. （3）根据坐标系内描出的点，作出电源的U－I图像如图所示. 由电源的U－I图像可知，图像与纵轴交点坐标值为1.5 V，则电源电动势E＝1.5 V，电源内阻为r＝＝ Ω＝0.50 Ω. 答案（1）0～3 V　0～0.6 A　R1　（2）实物电路图见解析　（3）图像见解析　1.5　0.50 【变式1】在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验，供选用的器材有： A.电流表（量程：0～0.6 A，RA＝1 Ω） B.电流表（量程：0～3 A，RA＝0.6 Ω） C.电压表（量程：0～3 V，RV＝5 kΩ） D.电压表（量程：0～15 V，RV＝10 kΩ） E.滑动变阻器（0～10 Ω，额定电流1.5 A） F.滑动变阻器（0～2 kΩ，额定电流0.2 A） G.待测电源（一节一号干电池）、开关、导线若干 （1）请在下边虚线框中画出本实验的电路图. （2）电路中电流表应选用　　　　，电压表应选用　　　　，滑动变阻器应选用　　　　（均用字母代号填写）. （3）如图所示为实验所需器材，请按原理图连接成正确的实验电路. 解析（1）根据测量电池的电动势和内阻的实验原理，画出实验电路图，如图甲所示. （2）考虑到待测电源只有一节干电池，电压表应选C；电电流表应选A；滑动变阻器不能选择阻值太大的，从允许最大电流和减小实验误差的角度来看，应选择电阻较小额定电流较大的滑动变阻器E，故器材应选A、C、E. （3）根据实验电路图和所选择的电压表和电流表的量程，连接实物图，如图乙所示. 答案（1）见解析图甲　（2）A　C　E　（3）见解析图乙 考点二　数据处理和误差分析 【例题2】某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r（约为3 Ω），所给的其他器材有： A.电压表V：0～3 V～15 V B.电流表A：0～0.6 A～3 A C.滑动变阻器R1：（20 Ω，1 A） D.滑动变阻器R2：（1 0000 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”），滑动变阻器应选用　　　　（选填“R1”或“R2”）. （2）根据实验要求在图甲虚线框中画出电路图，并将图乙所示的实物连接成实验电路. （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）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；电路中最大电流约为0.5 A，故电流表应选用的量程为0～0.6 A；为了调节方便并能减小误差，故滑动变阻器应选用R1. （2）电路图如图甲所示，实物图如图乙所示. （3）U－I图像的纵轴截距表示电池的电动势，故该电池的电动势E＝1.5 V；斜率的绝对值表示电源的内电阻，故r＝ Ω＝2.5 Ω. 答案（1）0～3 V　0～0.6 A　R1　（2）见解析图甲　见解析图乙　（3）1.5　2.5 【变式2】某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5 Ω的保护电阻R0，实验电路如图甲所示. （1）请按图甲电路原理图把图乙实物电路利用笔画线代替导线连接起来. （2）该同学顺利完成实验，测得如表所示的数据，请根据数据在图丙坐标系中画出U－I图像，由图知：电池的电动势为　　　　，内阻为　　　　.（结果均保留2位有效数字） I/A 0.10 0.17 0.23 0.30 U/V 1.20 1.00 0.80 0.60 （3）考虑电表本身电阻对测量结果的影响，造成本实验系统误差的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　. （4）实验所得的电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较：E测　　　E真，r测　　　r真.（均选填“＜”“＝”或“＞”） 解析（1）实数图连线如图甲所示. （2）描点作图如图乙所示. 纵轴截距为1.5，所以电动势E＝1.5 V， 图线斜率的绝对值｜k｜＝≈3.02， 则内阻r＝（3.02－2.5） Ω＝0.52 Ω. （3）电流表所测的电流小于通过电池的电流，因为电压表的分流作用. （4）保护电阻等效到电池的内部，电压表测的电压为外电压，电流表所测的电流偏小，作出U－I图线的测量图线和实际图线，如图丙所示，虚线表示实际图线，从图线可以看出，电动势和内阻的测量值均小于真实值. 答案（1）见解析图甲　（2）见解析图乙　1.5 V　0.52 Ω　（3）电压表的分流作用　（4）＜　＜ 课末·随堂演练 （见学生用书P101） 1.“利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻”，要求尽量减小实验误差. （1）应该选择的实验电路是图中的　　　　（选填“甲”或“乙”）. （2）现有开关和导线若干，以及以下器材： A.电流表（0～0.6 A） B.电流表（0～3 A） C.电压表（0～15 V） D.电压表（0～3 V） E.滑动变阻器（0～10 Ω） F.滑动变阻器（0～500 Ω） 实验中电流表应选用　　　　；电压表应选用　　　　；滑动变阻器应选用　　　　（选填相应器材前的字母）. 解析（1）如果用乙电路，误差来源于电流表的分压，测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分，而电流表内阻与电源内阻很接近，故电源内阻测量误差大；用甲电路，误差来源于电压表的分流，因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻，故电压表分流很小，测量引起的误差小，故选择甲电路. （2）一节干电池的电动势约为1.5 V，因此电压表量程选择3 V，故选D；因干电池允许通过的电流较小，电流表量程选择0.6 A，故选A；为使电流表有较大角度的偏转，需选用最大阻值小的滑动变阻器，故选E. 答案（1）甲　（2）A　D　E 2.在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路. （1）按如图甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来. （2）在图乙所示的电路中，为避免烧杯电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于　　　　（选填“A”或“B”）端. （3）如图所示是根据实验数据作出的U－I图像，由图像可知，电源的电动势E＝　　　　V，内阻r＝　　　　Ω. 解析（1）电路连接如图. （2）闭合开关前，滑动变阻器接入电路中的阻值应该最大，故滑片应置于B端. （3）由图像可知，电源电动势为1.5 V，内阻r＝ Ω＝1.0 Ω. 答案（1）见解析图　（2）B　（3）1.5　1.0 学科网（北京）股份有限公司 $$