新教材2023版高中物理第十二章电能能量守恒定律3.实验：电池电动势和内阻的测量课件新人教版必修第三册

3.实验：电池电动势和内阻的测量实验必备·自主学习精析典例·提升能力课堂检测·素养达标实验必备·自主学习一、实验目的1．掌握用电压表和电流表测量电动势和内阻的方法．2．会利用计算法和图像法求电动势和内阻．二、实验思路由E＝________知，改变外电路的阻值可测出多组_____、_____的值，通过图像可求出E、r的值，实验电路如图所示．U＋IrUI三、物理量的测量需要测量___________和________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__________改变外电路电阻，进行多次测量．路端电压U电流I滑动变阻器

U2＋I2r平均值

电源电动势E短路电流I短电源的内阻

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U­I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．五、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________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．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________，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．较大电动势E

精析典例·提升能力类型一伏阻法测电动势和内阻例1某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确．电压表(量程0～3V，内阻约为3kΩ)电流表(量程0～0.6A，内阻约为1Ω)滑动变阻器(0～20Ω，额定电流1A)待测电池组(电动势约为3V，内阻约为1Ω)开关、导线若干(1)该小组连接的实物电路如图甲所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号是________．(2)改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的________端．(选填“a”或“b”)5a【解析】

(1)按原电路测量，测得的电源内阻包含了电流表的内阻(电流表内接法)，导致测量结果偏大．导线5一端接电压表正接线柱，另一端应接电流表正接线柱或电源正极．(2)为保护电路，在闭合开关前，电路总电阻应最大，滑片应置于滑动变阻器的a端．(3)实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显．为了解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5Ω的电阻，之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出U-­I图像，如图乙所示．根据图像可知，电池组的电动势为________V，内阻为________Ω.(结果均保留两位有效数字)2.90.80

针对训练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)除开关和导线若干外，现还提供以下器材：A．电流表A(量程为0～0.6A，内阻RA为0.2Ω)B．电压表V1(量程为0～15V)C．电压表V2(量程为0～3V)D．滑动变阻器R1(阻值范围为0～20Ω)E．滑动变阻器R2(阻值范围为0～200Ω)实验中电压表应选用________，滑动变阻器应选用________．(选填相应器材前的字母)CD解析：一节干电池的电动势约为1.5V，则电压表应选C；为方便实验操作，滑动变阻器应选最大阻值较小的D.(2)为了准确测定干电池的电动势和内阻，应选择图中的________实验电路(选填“甲”或“乙”)．

乙(3)根据实验记录的数据，画出干电池的U­-I图像，如图丙所示，则可得干电池的电动势E＝________，内阻r＝________．丙1.50V0.3Ω

针对训练2

用如图1所示的电路测定一节蓄电池的电动势和内阻．蓄电池的电动势E约为2V，内阻r比较小，为了实验的方便，电路中串联了一个定值电阻R0.(1)现有蓄电池、电流表(量程0～0.6A)、滑动变阻器(0～20Ω)、开关、导线若干，以及下面的器材：A．电压表(0～3V)

B．电压表(0～15V)C．定值电阻(2Ω)

D．定值电阻(10Ω)实验中电压表应选用________，R0应选用________(均选填相应器材前的字母)．AC

解析：电源电动势约为2V，所以电压表应选A；电流表量程为0～0.6A，如果定值电阻选择D，电路电流太小，所以定值电阻应选择C.(2)图2是实验器材实物图，已连接了部分导线，请根据图1，补充完成实物图的连线．(3)某位同学根据实验记录的数据作出如图3所示的U-­I图线，可得出蓄电池的电动势E＝________V，电源内电阻r＝________Ω.(结果均保留两位小数)2.050.50

(4)采用图1电路测量电源电动势和内阻，产生系统误差的主要原因是________．A．电流表的分压作用

B．电流表的分流作用C．电压表的分流作用

D．电压表的分压作用C解析：由题图所示电路图可知，电流表采用内接法，由于电压表的分流作用，使电流的测量值偏小，这是造成实验误差的主要原因，故C正确．类型二测电池电动势和内阻的其他方案方案一用电阻箱、电压表测定(1)实验电路如图所示．

例2为了测量由两节干电池组成的电源的电动势和内电阻，某同学设计了如图甲所示的实验电路，其中R为电阻箱，R0＝5Ω为保护电阻．(1)按照图甲所示的电路图，将图乙所示的实物连接成实验电路．

2.91.2

例3一同学测量某干电池的电动势和内阻．(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路．请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处：①________；②______________．开关闭合电阻箱阻值为零【解析】

在电学实验中，连接电路时应将开关断开，电阻箱的阻值调为最大，确保实验仪器、仪表的安全．

R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.266.75.95.34.53.81.371.2

(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100mV的电压表并联在电流表的两端．调节电阻箱，当电流表的示数为0.33A时，电压表的指针位置如图所示，则该干电池的电动势应为________V；内阻应为________Ω.1.371.0

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课堂检测·素养达标1．某同学分别用图1甲和图1乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻．(1)请画出图乙的电路图；(2)某次测量时电流表和电压表的示数如图2所示，则电流I＝________A，电压U＝________V；(3)实验得到如图3所示的两条直线，图中直线Ⅰ对应电路是图1________(选填“甲”或“乙”)；(4)该电池的电动势E＝________V(保留三位有效数字)，内阻r＝________Ω(保留两位有效数字)．0.401．30乙1.520．53解析：(2)测电池的电动势和内阻所用电流表量程为0～0.6A，电压表量程为0～3V，则两表示数分别为0.40A(0.39A～0.41A都正确)、1.30V(1.29V～1.31V均正确)．(3)由E＝U＋Ir，得U＝－rI＋E，即Ⅰ、Ⅱ两图线的斜率的绝对值表示电源内阻，且rⅡ>rⅠ.图甲中由于电流表的分压作用，所测电阻为电源内阻与电流表电阻的和，r甲测>r；图乙中由于电压表的分流作用，所测电阻为电源内阻与电压表电阻的并联值，r乙测<r.故直线Ⅰ对应乙电路，直线Ⅱ对应甲电路．(4)由图像可知，电源内阻较小，测一节干电池的电动势与电阻应采用乙电路，将直线Ⅰ延长，与纵轴的截距表示电动势，E＝1.52V(1.51V～1.54V均正确)；从直线Ⅰ上取两点代入E＝U＋Ir，或利用图线的斜率可得电池内阻r＝0.53Ω(0.52Ω～0.54Ω均正确)．2．有一特殊电池，它的电动势约为9V，内阻约为40Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50mA.为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图甲所示电路进行实验，图中电流表的内阻RA＝5Ω，R为电阻箱，阻值范围为0～999.9Ω，R0为定值电阻，对电源起保护作用．(1)本实验中的R0应选________(填字母)．A．10Ω

B．50Ω

C．150Ω

D．500Ω(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线，则根据图线可求得该电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.C1045

3．同学有个超霸(GP)9V电池如图甲所示，他欲测量该电池的电动势和内阻(内阻约为25Ω)．提供的器材如下：电流表A(量程为0～200μA，内阻为500Ω)，开关S，电阻箱R1(最大阻值为9999.9Ω)，电阻箱R2(最大阻值为99999.9Ω)和若干导线．

R2串联445008.3316.7小于小于

4．在测定一节干电池E的电动势和内阻(电动势约为1.5V，内阻小于2.0Ω的实验中，备有下列器材：电流表A1(量程0～3mA，内阻r1＝5.0Ω)电流表A2(量程0～0.6A，内阻r2＝0.5Ω)滑动变阻器R1(0～20Ω，额定电流为2.0A)滑动变阻器R2(0～100Ω，额定电流为1.0A)定值电阻R3＝995Ω定值电阻R4＝9.5Ω开关和导线若干(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了图甲所示的实验电路，图中定值电阻应选________，滑动变阻