12.3 实验：电池电动势和内阻的测量导学案-2022-2023学年物理高二上学期（人教版2019必修第三册）

12.3实验：电池电动势和内阻的测量预习案预习目标1.理解电源电动势的基本含义，知道它的定义式。2.会从能的守恒和转化定律推导出闭合电路的欧姆定律。3.理解内、外电压，理解闭合电路的欧姆定律。4.会用闭合电路的欧姆定律分析路端电压与负载的关系，会进行相关的电路分析和计算。预习内容预习教材89~92页，思考下列问题：1.电源路端电压随电流变化的关系是怎样的？2.如何减小误差？预习检测1.根据闭合电路欧姆定律，电源的路端电压U=E-Ir。在如图所示的电路中，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出U－I图象（如图所示）。所得直线跟纵轴的交点即为______________，图线斜率的绝对值即为_________________。（保留两位有效数字）2.在“测定电源的电动势和内阻”的实验中,分别用甲、乙两个电源做实验,它们的路端电压U随电流I变化的关系如图所示,则这两个电源的内阻大小关系是(

)A.r甲<r乙B.r甲=r乙C.r甲>r乙D.不能确定3.下列给出多种用伏安法测电池的电动势和内电阻的数据处理方法.其中既能减小偶然误差,又直观、简便的方法是(

)A.测出两组、的数据,代入方程组和,求出和B.多测几组、的数据,求出几组、,最后分别求出其平均值C.测出多组、的数据,画出图象,再根据图象求出、D.多测几组、的数据,分别求出和的平均值,用电压表测出断路时的路端电压即为电动势,再用闭合电路欧姆定律求出电池内电阻4.如图所示的测定电池的电动势和内阻的实物连线图中,有一根线的连接是错误的,这根错误的线是(

)A.aB.bC.cD.d探究案学习目标1.知道伏安法测量电池电动势和内阻的实验原理，进一步理解电源路端电压随电流变化的关系。2.学会用图像处理数据的方法。3.了解本实验的误差来源及减小方法。课堂探究一、实验原理和方法实验电路如图所示，根据闭合电路的欧姆定律，改变R的阻值，测出两组U、I的值，根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r))⇒eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝\f(I1U2－I2U1,I1－I2),r＝\f(U2－U1,I1－I2)))二、实验器材待测电池一节，电流表(0～0.6A)、电压表(0～3V)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干。三、实验步骤1．选定电流表、电压表的量程，按照电路图把器材连接好。2．把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端(图中左端)。3．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，读出电压表示数U和电流表示数I，并填入事先绘制好的表格(如下表)。实验序号123456I/AU/V4.多次改变滑片的位置，读出对应的多组数据，并一一填入表中。5．断开开关，整理好器材。四、数据处理1．公式法把测量的几组数据分别代入E＝U＋Ir中，然后两个方程为一组，解方程求出几组E、r的值，最后对E、r分别求平均值作为测量结果。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，能大致均衡地分布在直线两侧。(3)如图所示：①图线与纵轴交点为E。②图线与横轴交点为I短＝eq\f(E,r)。③图线的斜率大小表示r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))。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U­I坐标系中表示出来，如图所示，可见E测<E真，r测<r真。六、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1号干电池。(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1.5V的前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为0～3V的电压表。(3)电流表的量程：对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5A，故电流表的量程选0～0.6A的。(4)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，滑动变阻器选择阻值较小一点的。2．电路的选择：伏安法测电源电动势和内阻有两种接法，由于电流表内阻与干电池内阻接近，所以电流表应采用内接法，即一般选择误差较小的甲电路图。甲乙3．实验操作：电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A。因此，实验中不要将I调得过大，读电表示数要快，每次读完后应立即断电。4．数据处理(1)当路端电压变化不是很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点不从零开始，把纵坐标的比例放大。(2)画U­I图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。典例精析某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合。为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是()A．一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器B．一个伏特表和多个定值电阻C．一个安培表和一个电阻箱D．两个安培表和一个滑动变阻器变式训练下列给出多种用伏安法测电池的电动势和内电阻的数据，处理方法既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是()A．测出两组I、U的数据，代入方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E和rB．多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值C．测出多组I、U的数据，画出U­I图像，再根据图像求出E、rD．多测几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出电池内电阻r随堂检测1．如图所示，是甲、乙、丙三位同学设计的测量电池的电动势和内电阻的电路。电路中R1、R2为已知阻值的电阻。下列说法正确的是()A．只有甲同学设计的电路能测出电池的电动势和内电阻B．只有乙同学设计的电路能测出电池的电动势和内电阻C．只有丙同学设计的电路能测出电池的电动势和内电阻D．三位同学设计的电路都能测出电池的电动势和内电阻2.用伏安法测一节干电池的电动势和内阻r,实验中可供选择的电压表有两个,量程分别为A(0~2V)、B(0~5V),滑动变阻器两个,规格分别为C(0~1000Ω)、D(0~20Ω),应选用的电压表和滑动变阻器分别为()A.A,CB.A,DC.B,CD.B,D3．电学实验的要求是安全、精确、方便。在用伏安法测电源的电动势和内电阻时,以下处理数据的方法中满足上述要求的是(

)A.利用处理数据时,只需测得两组实验数据B.利用处理数据时,可以多测量几组数据,然后求E、r的平均值C.利用伏安特性曲线处理数据时,只需测得两组实验数据D.利用伏安特性曲线处理数据时,必须多测量几组数据4．如图所示,在用一只电压表和两个定值电阻测定电源电动势和内阻的实验中,由于未考虑电压表内阻,其测量值和与真实值与相比较,正确的是(

)A.,B.,C.,D.,本课小结参考答案预习检测E=3.0vr=5.0ΩACC课堂探究考点典例精析【解析】A选项属于伏安法测定干电池的电动势和内阻的实验器材，A项正确；由U＝E－eq\f(U,R)r知，B项正确；由E＝I(R＋r)知，C项正确；因不能读出滑动变阻器的阻值，D项错误。变式训练【解析】A中只测量两组数据求出E、r，偶然误差较大；B中计算E、r平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D中分别求I、U的平均值是错误的做法；C中方法直观、简便，C正确。随堂检测1.【解答】图甲中可用E＝I1(r＋R1)、E＝I2(r＋R2)求得电源的电动势和内电阻，图乙中可用E＝U1＋eq\f(U1,R1)·r、E＝U2＋eq\f(U2,R2)·r求得电源的电动势和内电阻，而图丙中可用E＝U1＋I1r、E＝U2＋I2r求得电源的电动势和内电阻，故三位同学设计的电路都能测出电源的电动势和内电阻，D正确。故选：D2.【解答】干电池的电动势约为