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

《第3节　实验：电池电动势和内阻的测量》导学案 学习目标: 1.掌握伏安法测电源电动势和内电阻的原理、实验方法和实验操作。 2.能够进行电路的设计和实物连接。 3.能够运用图像分析和处理实验数据。 4.能够对实验的误差做出分析。 一、实验目的 1.理解测量两节干电池的电动势和内阻的基本原理，体验测量电源的电动势和内阻的实验过程。 2.会用解析法和图像法求解电动势和内阻。 3.掌握利用仪器测量电源电动势和内阻的方法，并能设计简单的电路和选择仪器。 二、实验原理 由闭合电路欧姆定律 知： 电路图如图所示。 三、实验步骤 1.电流表量程： 电压表量程： 按实验原理图连接好电路。 2.把滑动变阻器的滑片移到 端，使其接入电路的阻值最 。 3.闭合开关，调节滑动变阻器接入电阻的阻值，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)。用同样的方法测量几组I、U值。 4.断开开关，整理好器材。 四、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6组)，分别记录如表所示： 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组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值E＝ ，r＝ 作为测量结果。 2.图像法 由 可知： (1)纵轴截距 ，横轴截距 。 (2)图线斜率的绝对值 。 五、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 由于电压表分流IV，使电流表示数I小于电池的输出电流I真。I真＝ ， 六、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，防止干电池大电流放电时内阻r明显变化。 3.若干电池的路端电压变化不很明显，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。 4.为了提高测量的精确度，在实验中I、U的变化范围要大一些，计算E、r时，U1和U2、I1和I2的差值要大一些。 例题：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)根据实验要求完成图甲中的实物电路图连线。 (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)。 巩固训练： 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。 在测量电源电动势和内阻的实验中，实验室提供了如下器材和参考电路： 电压表V1(量程3 V，内阻约6 kΩ) 电压表V2(量程1 V，内阻约6 kΩ) 电流表A1(量程0.6 A，内阻约0. ... ...