第十二章 3　实验 电池电动势和内阻的测量（课件+学案）

3　实验:电池电动势和内阻的测量 [定位·学习目标]　1.能完成“电池电动势和内阻的测量”的实验;能提出并准确表述在实验中可能遇到的物理问题;能在他人指导下制订实验方案,设计实验步骤,能用电流表、电压表等实验器材进行实验,能注意实验安全;能分析实验数据;能撰写完整的实验报告,并能呈现设计的实验步骤、实验表格以及数据分析过程和实验结论,培养科学探究能力。2.通过完成实验,能有针对性地反思交流过程与结果;能体会科学探究对科技发展的重要性,培养科学态度与责任。 一、实验目的 1.掌握用电压表和电流表测量电池电动势和内阻的方法。 2.学习通过计算和作图求电动势和内阻。 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,开关,导线,电阻箱等。 三、实验原理与设计 1.伏安法 (1)原理图如图所示。 (2)关系式:U=E-Ir。 (3)实验设计:通过调节滑动变阻器,测出U、I的两组数据,就可以列出两个关于E、r的方程,从而得出E、r;或者测出U、I多组数据,作U-I图像求E、r。 2.安阻法 (1)原理图如图所示。 (2)关系式:E=IR+Ir。 (3)实验设计:通过调节电阻箱,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)原理图如图所示。 (2)关系式:E=U+r。 (3)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(以伏安法为例) 1.电流表用0～0.6 A量程,电压表用0～3 V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一端,使其阻值最大。 3.闭合开关,调节滑动变阻器,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,填入表格中。 序号 1 2 3 4 5 6 U/V I/A 4.断开开关,整理好器材。 五、数据处理 1.计算法 由E=U1+I1r,E=U2+I2r可解得E=,r=。 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,求出它们的平均值作为测量结果。E=,r=。 2.图像法 (1)以I为横坐标,U为纵坐标建立直角坐标系,根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点。 (2)用直尺画一条直线,使尽量多的点落在这条直线上,不在直线上的点,能大致均匀地分布在直线两侧。 (3)如图所示。 ①图线与纵轴交点表示E; ②图线与横轴交点表示I短=; ③图线斜率的绝对值表示r=||。 六、误差分析 1.电流表外接法(相对电源)的误差分析 电路如图甲所示。 (1)误差来源:电压表与电池的并联使测量的电流偏小。 (2)误差分析:当R=0时,电压表不分电流,此时测量电流没有误差。随着R的变大,电压表两端的电压变大,通过电压表的电流变大,测量的电流偏小量变大。 (3)两个U-I图像的比较:电源的U-I图像如图乙中的虚线,测量描画的U-I图像如图乙中的实线。 (4)结论:电动势测量值偏小,内阻测量值偏小。 2.电流表内接法(相对电源)的误差分析 电路如图甲所示。 (1)误差来源:电流表与电源串联,使测量的电压偏小。 (2)误差分析:当干路电流为零时,电流表不分电压,此时测量电压没有误差。随着R的变小,通过电流表的电流变大,电流表两端的电压变大,测量的电压偏小量变大。 (3)两个U-I图像的比较:电源的U-I图像为图乙中的虚线,测量值为图乙中的实线。 (4)结论:电动势测量值与实际值相等,内阻测量值偏大。 七、注意事项 1.器材和量程的选择 (1)电池:为了使路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已使用过一段时间的干电池。 (2)电压表的量程:实验用的是一节干电池,因此电压表量程在大于1.5 V的前提下,越小越好,实验室中一般采用量程为0～3 V的电压表。 (3)电流表的量程:对于电池允许通过的电流一般不大于0.5 A,故电流表的量程选0～ 0.6 A的。 (4)滑动变阻器:电池的内阻较小,为了获得变化明显的路端电压,滑动变阻器应选择电阻丝较粗而阻值较小的。 2.电路的选择 伏安法测电池电 ... ...