高中物理新教材优质课公开课导学案12.3　实验：电池电动势和内阻的测量（导学案-原卷版）.doc

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§12-3实验：电池电动势和内阻的测量

一、学习目标

1.掌握伏安法测量电池电动势和内阻的原理，会选用实验器材正确连接电路并进行实验数据处理.

2.理解“伏阻法”“安阻法”测量电池电动势和内阻的原理，掌握其数据处理方法．

二、学习过程

【知识点】

（一）实验目的

1．进一步熟悉电压表、电流表、滑动变阻器的使用。

2．学会用伏安法测电池的电动势和内阻。

3．学会利用图像处理实验数据。

（二）实验思路

方法1“伏安法”

(1)如图1所示，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．

(2)器材：电池、开关、滑动变阻器、电流表、电压表．

图1图2图3

方法2“安阻法”

(1)如图2所示，由E＝IR＋Ir知，改变电阻箱的阻值，测出多组I、R的值，通过图像就可求出E、r的值．

(2)器材：电池、开关、电阻箱、电流表．

方法3“伏阻法”

(1)如图3所示，由E＝U＋eq\f(U,R)r知，改变电阻箱的阻值，测出多组U、R的值，通过图像就可求出E、r的值．

(2)器材：电池、开关、电阻箱、电压表．

（三）实验步骤

1．确定电流表、电压表的量程，按电路原理图把器材连接好，如图所示。

2．把变阻器的滑片移到一端使阻值最大。

3．闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几组I和U的值。

4．断开开关，整理好器材。

（四）物理量的测量

选用方法1测量电动势和内阻，在方法1中需要测量路端电压U和电流I两个物理量．而仅测两组U、I数据，联立解方程得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．

（五）数据处理

1．代数法：运用方程组eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r))，求解E和r。

为了减小实验的偶然误差，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．

(2)将图线两侧延长，纵轴截距点是断路的路端电压，它的数值就是电源电动势E；横轴截距点是路端电压U＝0时的电流，它的数值就是短路电流I短＝eq\f(E,r).

(3)图线斜率的绝对值为电源的内阻r，即r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))＝eq\f(E,I短)，如图所示．

（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发生明显变化。

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＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))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。

（七）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

(1)电流表内接时电路如图甲所示，主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些．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，如下右图所示，可以得到E测E真，r测r真．

(2)电流表外接时电路如图乙所示，产生实验误差的原因是电流表的分压，测量值与真实值的关系为：

E测＝E真；r测r真。

【典例】

（一）伏安法测电动势和内阻

例题1、在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中。

（1）备有如下器材：

A．干电池1节

B．滑动变阻器（0～20Ω）

C．滑动变阻器（0～1kΩ）

D．电压表（0～3V）

E．电流表（0～0.6A）

F．电流表（0～3A）

G．开关、导线若干

其中滑动变阻器应选___________，电流表应选___________；（只填器材前的序号）

（2）为了最大限度地减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图；（________）

（3）某同学根据实验数据作出的U-I图象如图所示，由图象可得电池的电动势为___________V，内阻为___________Ω；（答案均保留两位有效数字）

（4）电动势的测量值___________真实值，