高中物理人教必修三12.3實驗：電池電動勢和內(nèi)阻的測量 學案

1、第十二章 第3節(jié)實驗：電池電動勢和內(nèi)阻的測量【學習目標】1經(jīng)歷實驗設(shè)計過程，理解測定電源電動勢和內(nèi)阻的實驗原理。2在理解實驗原理的基礎(chǔ)上，能完成測電源電動勢和內(nèi)阻的規(guī)范實驗操作。3學會利用圖象處理數(shù)據(jù)并得出電源電動勢和內(nèi)阻，進一步體會利用圖象進行數(shù)據(jù)處理的方法。4嘗試分析電源電動勢和內(nèi)阻的測量誤差，了解實驗中減小誤差的方法。【課前預(yù)習】一、實驗思路實驗電路如圖所示，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，改變R的阻值，測出兩組U、I的值，根據(jù)閉合電路歐姆定律可列出兩個方程：eq blcrc (avs4alco1(EU1I1r,EU2I2r)可解得Eeq f(I1U2I2U1,I1I2)，req f(U2U1,

2、I1I2)二、實驗器材待測電池一節(jié)，電流表(00.6 A)、電壓表(03 V)各一塊，滑動變阻器一只，開關(guān)一只，導線若干。三、實驗步驟1選定電流表、電壓表的量程，按照電路圖把器材連接好。2把滑動變阻器滑片移到電阻最大的一端(圖中左端)。3閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，讀出電壓表示數(shù)U和電流表示數(shù)I，并填入事先繪制好的表格(如下表)。實驗序號123456I/AU/V4多次改變滑片的位置，讀出對應(yīng)的多組數(shù)據(jù)，并一一填入表中。5斷開開關(guān)，整理好器材。四、數(shù)據(jù)處理1公式法把測量的幾組數(shù)據(jù)分別代入EUIr中，然后兩個方程為一組，解方程求出幾組E、r的值，最后對E、r分別求平均值作為測量結(jié)

3、果。2圖像法(1)以I為橫坐標，U為縱坐標建立直角坐標系，根據(jù)幾組I、U的測量數(shù)據(jù)在坐標系中描點。(2)用直尺畫一條直線，使盡量多的點落在這條直線上，不在直線上的點，能大致均衡地分布在直線兩側(cè)。(3)如圖所示：圖線與縱軸交點為E。圖線與橫軸交點為I短eq f(E,r)。圖線的斜率大小表示req blc|rc|(avs4alco1(f(U,I)。五、誤差分析1偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作UI圖像時描點不準確。2系統(tǒng)誤差：(1)選擇甲電路圖：由于電壓表的分流作用，使得電流表上讀出的數(shù)值I測比流過電源的電流I真要小一些，即I真I測IV。當U越大時，IV越大，如乙圖I測與I真的偏差就

4、越大。當電壓表示數(shù)U0時，IV0，I真I測I短，因此短路電流測量值等于真實值。所以從乙圖中可以直觀地比較出：E測E真，r測r真。說明：由丙圖分析可知r測rRA，要想減小誤差，電源內(nèi)阻r應(yīng)遠大于電流表的內(nèi)阻RA。由于干電池內(nèi)阻本身很小，所以若以干電池為實驗對象時，常選擇甲電路圖。而由于水果電池的內(nèi)阻可以達到幾千歐，滿足r遠大于電流表的內(nèi)阻RA，所以若以水果電池為實驗對象時，常選擇丙電路圖。六、注意事項1器材和量程的選擇(以干電池為例)(1)電池：選擇內(nèi)阻大些的、已使用過的電池。(2)電壓表：在量程合適的前提下(3V為宜)，選擇內(nèi)阻大一些的電壓表。(3)電流表：電流表的量程選00.6 A的(電池允

5、許通過的最大電流為0.5 A)。(4)滑動變阻器：限流接法，待測電阻(干電池的內(nèi)阻)較小，滑動變阻器選擇阻值較小一點的。2實驗操作：電池在大電流放電時極化現(xiàn)象較嚴重，電動勢E會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大。實驗中不要將I調(diào)得過大，讀電表示數(shù)要快，每次讀完后應(yīng)立即斷電。3數(shù)據(jù)處理(1)當路端電壓變化不是很明顯時，作圖像時，縱軸單位可以取得小一些，且縱軸起點不從零開始，把縱坐標的比例放大。(2)畫UI圖像時，要使較多的點落在這條直線上或使各點均衡分布在直線的兩側(cè)，個別偏離直線太遠的點可舍去不予考慮。這樣，就可使偶然誤差得到部分抵消，從而提高精確度?！緦W習過程】例1小明利用如圖所示的實驗裝置測量一干電

6、池的電動勢和內(nèi)阻。(1)圖中電流表的示數(shù)為_A。(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器，電壓表和電流表的示數(shù)記錄如下：U/V1.451.361.271.161.06I/A0.120.200.280.360.44請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標紙上作出UI圖線。由圖線求得：電動勢E_V，內(nèi)阻r_。(3)實驗時，小明進行了多次測量，花費了較長時間，測量期間一直保持電路閉合。其實，從實驗誤差考慮，這樣的操作不妥，因為_。解析(1)電流表選用量程為00.6 A，分度值為0.02 A，則其讀數(shù)為0.44 A。(2)坐標系選擇合適的標度，根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點作出的UI圖線如圖所示。圖線與縱軸交點為“1.60 V”，故E1.60 V，由

7、圖線的斜率eq f(U,I)1.20知，電池內(nèi)阻為1.20 。注意此處不要用圖像與縱軸交點值除以與橫軸交點值。(3)長時間保持電路閉合，電池會發(fā)熱，電池內(nèi)阻會發(fā)生變化，干電池長時間放電，也會引起電動勢變化，導致實驗誤差增大。答案(1)0.44(2)UI圖線見解析1.60(1.591.62均可)1.20(1.181.24均可)(3)干電池長時間使用后，電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生變化，導致實驗誤差增大變式訓練1-1測定電池的電動勢E及內(nèi)阻r(E約為6 V，r約為1.5 )。器材有量程為03 V的理想電壓表V，量程為00.6 A的電流表A(具有一定內(nèi)阻)，定值電阻R8.5 ，滑動變阻器R(010 )，開關(guān)S

8、，導線若干。(1)在圖甲所示的虛線框中畫出實驗電路原理圖，圖中各元件需用題目中給出的符號或字母標出。eq x(aal(, , ,)甲乙(2)在圖乙所示的器件上，用筆畫線代替導線完成實物連接圖。(3)實驗中，當電流表讀數(shù)為I1時，電壓表讀數(shù)為U1；當電流表讀數(shù)為I2時，電壓表讀數(shù)為U2。則可以求出E_，r_。(用I1、I2、U1、U2及R表示)解析(1)電路圖如圖所示。(2)將實物連接，如圖所示。(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律得eq blcrc (avs4alco1(EU1I1Rr,EU2I2Rr)解得Eeq f(I1U2I2U1,I1I2)，req f(U2U1,I1I2)R。答案(1)見解析(2

9、)見解析(3)eq f(I1U2I2U1,I1I2)eq f(U2U1,I1I2)R變式訓練1-2 為了測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，某同學采用了伏安法，現(xiàn)備有下列器材：A被測干電池一節(jié)；B電流表1：量程00.6 A，內(nèi)阻r0.3 ；C電流表2：量程00.6 A，內(nèi)阻約為0.1 ；D電壓表1：量程03 V，內(nèi)阻未知；E電壓表2：量程015 V，內(nèi)阻未知；F滑動變阻器1：010 ，2 A; G滑動變阻器2：0100 ，1 A；H開關(guān)、導線若干。 利用伏安法測電池電動勢和內(nèi)阻的實驗中，由于電流表和電壓表內(nèi)阻的影響，測量結(jié)果存在系統(tǒng)誤差。在現(xiàn)有器材的條件下，要盡可能準確地測量電池的電動勢和內(nèi)阻。(1

10、)在上述器材中請選擇適當?shù)钠鞑模篲。(填寫選項前的字母)(2)實驗電路圖應(yīng)選擇圖中的_(選填“甲”或“乙”)。甲乙丙(3)根據(jù)實驗中電流表和電壓表的示數(shù)得到了如圖丙所示的UI圖像，則干電池的電動勢E_V，內(nèi)電阻r_。解析(1)選擇適當?shù)钠鞑模篈.被測干電池一節(jié)必須選擇；電流表1的內(nèi)阻是已知的，故選B；電壓表選擇量程03 V的D；滑動變阻器選擇阻值較小的“010 ，2 A”的F；H.開關(guān)、導線若干必須選擇。故選ABDFH。(2)因電流表的內(nèi)阻已知，故實驗電路圖應(yīng)選擇圖甲。(3)根據(jù)圖丙所示的UI圖像，可知干電池的電動勢E1.5 V，內(nèi)電阻r|k|req f(1.51.0,0.5) 0.3 0.7

11、 。答案(1)ABDFH(2)甲(3)1.50.7變式訓練1-3在用電壓表和電流表測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，所用電壓表和電流表的內(nèi)阻分別為1 k和0.1 ，如圖所示為實驗原理圖及所需器件圖。(1)在圖中畫出連線，將器件按原理圖連接成實驗電路。(2)一位同學記錄的6組數(shù)據(jù)見下表，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在表格中畫出UI圖像，根據(jù)圖像讀出電池的電動勢E_V，求出電池內(nèi)阻r_。I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05(3)若不作出圖線，只選用其中兩組U和I的數(shù)據(jù)，用公式EUIr列方程求E和r，這樣做可能得出誤差很大的結(jié)果，其中選用第_組和

12、第_組的數(shù)據(jù)，求得E和r誤差最大。解析(1)按照實驗原理圖將實物圖連接起來，如圖甲所示。甲 乙(2)根據(jù)U、I數(shù)據(jù)，在方格紙UI坐標上找點描跡。如圖乙所示，然后將直線延長，交U軸于U11.46 V，此即為電源電動勢；交I軸于I0.65 A，注意此時U21.00 V，由閉合電路歐姆定律得Ieq f(EU2,r)，則req f(EU2,I)eq f(1.461.00,0.65) 0.71 。(3)由圖線可以看出第4組數(shù)據(jù)點偏離直線最遠，若取第3組和第4組數(shù)據(jù)列方程組求E和r，相當于過圖中3和4兩點作一直線求E和r，而此直線與所畫的直線偏離最大，所以選用第3組和第4組數(shù)據(jù)求得的E和r誤差最大。答案(1)見解析(2)1.460.71(3)34 變式訓練1-4在“測定電源的電動勢和內(nèi)阻”的實驗中，已連接好部分實驗電路。甲乙(1)按如圖甲所示的實驗電路，把圖乙中剩余的電路連接起來。(2)在圖乙所示的電路中，為避