人教版高中物理必修第三册 第十二章 电能能量守恒定律 第1课时 实验伏安法测电池的电动势和内阻 课件(共47张PPT)

(共47张PPT)
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
第1课时　实验：伏安法测电池的电动势和内阻
核心素养 素养目标
科学思维 1.掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法.
2.掌握用图像法求电动势和内阻的方法.
科学探究 1.能用电流表和电压表等实验器材进行实验，能注意实验安全；能设计表格，会分析实验数据，形成结论.
2.能撰写完整的实验报告并能反思交流过程并对实验结果进行误差分析.
一、实验原理与实验步骤
U＋Ir　
电压　
电流　
2. 实验步骤
（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最左端，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.
（4）断开开关，整理好器材.
典题讲练
[典例1]　（2025·山东聊城高二月考）为了测量一节干电池的电动势和内阻，某同学采用了伏安法，现备有下列器材：
A. 被测干电池一节
B. 电流表1：量程为0～0.6 A，内阻为0.3 Ω
C. 电流表2：量程为0～3 A，内阻约为0.1 Ω
D. 电压表1：量程为0～3 V，内阻未知
E. 电压表2：量程为0～15 V，内阻未知
F. 滑动变阻器1：可调范围为0～10 Ω，允许通过的最大电流为2 A
G. 滑动变阻器2：可调范围为0～100 Ω，允许通过的最大电流为1 A
H. 开关、导线若干
解析：（1）因丙图中电流不超过0.5 A，故电流表应选B；因一节干电池电动势约为1.5 V，故电压表选择量程为0～3 V的，即电压表应选D；滑动变阻器总阻值较小时滑片滑动相同距离电表的数值变化更明显，为方便调节，滑动变阻器应选F.
B　
D　
F　
甲　
解析：（2）电流表的内阻已知，采用电路图甲可避免系统误差，故实验电路图应选择图甲.
1.50　
0.700　
二、数据处理与误差分析
教材认知
【知识梳理】
1. 数据分析
可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值.


电池电动势E　
内阻r　
2. 误差分析
（1）如图甲所示，电压表的读数是准确的，但由于电压表的分流作用，电流表的读数小于总电流I. 而且电压表的读数越大，分流越大；读数越小，分流越小.
甲 乙
如图乙所示，对实验作出的测量图线（实线）进行修正可得到虚线，对比实验图线和修正图线，易得E测＜E真，r测＜r真.
即用图甲所示的方式测电动势和内阻，测量值均小于真实值.
（2）如果采用图丙的电路测量电动势和内阻，系统误差来源于电流表分压，且电流表读数越大，电流表分压越大，如图丁所示，对实验作出的测量图线（实线）进行修正，可得到虚线，对比实验图线和修正图线，可得E测＝E真，r测＝RA＋r真＞r真.
丙 丁
典题讲练
[典例2]　（2025·北京第一○一中学高二期末）用如图甲所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻.电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用.除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：
A. 电流表（量程为0～0.6 A、0～3 A）
B. 电压表（量程为0～3 V、0～15 V）
C. 定值电阻（阻值1 Ω，额定功率5 W）
D. 定值电阻（阻值10 Ω，额定功率10 W）
E. 滑动变阻器（阻值范围0～10 Ω，允许通过的最大电流2 A）
F. 滑动变阻器（阻值范围0～100 Ω，允许通过的最大电流1 A）
解析：（1）由于一节干电池的电动势约为1.5 V，所以选量程为0～3 V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几欧左右，加上保护电阻，最大电流在0.5 A左右，所以选量程为0～0.6 A的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表读数较小，使得误差较大，所以R0选1 Ω的定值电阻；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就可以，0～10 Ω的滑动变阻器就能很好地控制电路中的电流和电压，若选0～100 Ω的滑动变阻器会出现电表读数开始几乎不变最后突然变化的现象，故R应选0～10 Ω的滑动变阻器.
0～3　
0～0.6　
1　
0～10　
A. 电流表的分压作用
B. 电压表的分流作用
C. 读数过程中存在偶然误差
D. 读数过程中存在系统误差
解析：（2）本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比真实值小，故A错误，B正确；读数过程中存在的是偶然误差，故C正确，D错误.
BC　
1.5　
0.6　
A　
解析：（4）系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小；本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测＜E真，r测＜r真，故U－I图线的纵轴截距偏小，斜率偏小，故A正确.
三、实验创新与改进
典题讲练
[典例3]　（2025·河南郑州外国语学校高二期中）在“测量电源的电动势和内阻”的实验中，有如下器材可供选择：
A. 待测电源（电动势约为1.5 V，内阻约为1 Ω）
B. 滑动变阻器R（0～20 Ω）
C. 电阻箱R1（0～9 999.9 Ω）
D. 电流表A（量程为0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω）
E. 电流计G（量程为0～1 mA，内阻Rg＝100 Ω）
F. 开关，导线若干
1 900　
2a　
2 000k　
解析：（3）如果不再忽略改装后的电压表分流作用的影响，该实验中流过电源的电流为流过电流计的电流和电流表的电流之和，而电流计的内阻和串联电阻R1的阻值已知，故该实验中没有系统误差，所以电动势的测量值等于真实值，内阻的测量值等于真实值.
等于　
等于　
随堂检测
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.
甲 乙
解析：（1）如果用乙电路，误差来源于电流表的分压，测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分，而电流表内阻与电源内阻很接近，故电源内阻测量误差大；用甲电路，误差来源于电压表的分流，因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻，故电压表分流很小，测量引起的误差小，故选择甲电路.
甲　
1
2
解析：（2）一节干电池的电动势约为1.5 V，因此电压表量程选择0～3 V，故选D；因干电池允许通过的电流较小，电流表量程选择0～0.6 A，故选A；为使电流表有较大角度的偏转，需选用最大阻值小的滑动变阻器，故选E.
A　
D　
E　
1
2
2. （2025·合肥一中高二期中）为了测量一节新干电池的电动势和内阻，某实验小组采用伏安法，现备有下列器材：
A. 被测新干电池一节
B. 电流表A（量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω）
C. 电压表 V（量程0～3 V，内阻约为3 000 Ω）
D. 定值电阻R0（阻值为2.0 Ω）
E. 滑动变阻器R1（0～10 Ω　2 A）
F. 滑动变阻器R2（0～100 Ω　1 A）
G. 开关，导线若干
1
2
A B
甲
解析：（1）电源内阻较小，选择最大量程为0～10 Ω的滑动变阻器即可；定值电阻可看作等效电源的内阻，实验过程中方便数据处理，应选A图.
R1　
A　
1
2
乙
解析：（2）为保护电路安全，开关闭合前，滑动变阻器应调至最大阻值处；电压表的分度值为0.1 V，可知读数为1.10 V.
最大　
1.10　
1
2
丙
1.5　
1.0　
小　
1
2
1
2
课时作业（二十三）
[基础训练]
解析：（1）因为电池组内阻较小，故对于电池组来说应该采用电流表外接法，题图甲中采用的是电流表内接法，故导线5连接不当，应该从电压表正接线柱接到电流表的正接线柱或待测电池组的正接线柱.
5　
1
2
3
4
解析：（2）开始实验前应该让滑动变阻器连入电路的阻值最大，故应将滑片置于a端.
a　
1
2
3
4
3.0　
2.0　
1
2
3
4
2. 在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，实验室有如下器材：
A. 待测电池组（由两节干电池组成，每节干电池的电动势约为1.5 V、内阻为几欧姆）
B. 直流电压表V1、V2（量程均为0～3 V，可视为理想电压表）
C. 定值电阻R0（阻值未知）
D. 滑动变阻器R（已知最大阻值为Rm）
E. 开关、导线若干
1
2
3
4

某同学设计了如图甲所示的电路，他利用该电路先测出定值电阻R0的阻值，再测量待测电池组的电动势和内阻.步骤如下：
1
2
3
4


1
2
3
4
[能力提升]
3. 在测量电源电动势和内阻的实验中，实验室提供了如下器材和参考电路：
电压表V1（量程为0～3 V，内阻约为6 kΩ）
电压表V2（量程为0～1 V，内阻约为6 kΩ）
电流表A1（量程为0～0.6 A，内阻约为0.1 kΩ）
电流表A2（量程为0～2 mA，内阻约为1 Ω）
滑动变阻器R1（最大阻值为3 kΩ）
滑动变阻器R2（最大阻值为10 Ω）
定值电阻R3（阻值为1 Ω）
开关，导线若干
A B C D
1
2
3
4
解析：（1）马铃薯电池的电动势较小，B图中电压表分流，所以电流表测量的干路电流偏小，则电动势测量值偏小，所以不宜选用；选择A图测量的干路电流I准确，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知，当I＝0时，路端电压即为电动势，所以A图能准确测量马铃薯电池的电动势，内阻测量偏大，为电流表和马铃薯电池的内阻之和，但因为马铃薯电池的内阻远大于电流表内阻，所以误差较小，故选A图.
A
1
2
3
4
解析：（2）新的干电池内阻较小，所以需要给电池串联一个定值电阻R3，方便测量，而D图中测量的内阻为电流表内阻、电源内阻和定值电阻R3之和，因为干电池内阻较小，所以内阻的测量会引起较大误差，所以选择C图.
C
1
2
3
4
答案：（3）见解析图
1.49
0.11
1
2
3
4
1.16　
4.64　
解析：（1）当R1、R2串联再和毫安表并联时对应量程为0～0.6 A，R2和毫安表串联再与R1并联时对应量程为0～3 A，由串并联电路特点得IgRg＝（I1－Ig）（R1＋R2），Ig（Rg＋R2）＝（I2－Ig）·R1，代入数据解得R1＝1.16 Ω，R2＝4.64 Ω.
1
2
3
4
（2）用改装好的电流表A1或A2与以下器材测量某一电池的电动势和内阻（电动势约为5 V，内阻约为1 Ω）：
A. 电压表（量程为0～6 V，内阻约为500 Ω）
B. 滑动变阻器R3，最大阻值为20 Ω
C. 滑动变阻器R4，最大阻值为200 Ω
D. 开关，导线若干
1
2
3
4
A1　
B　
图3　
相等　
相等
1
2
3
4
1
2
3
4
1.2　
解析：（3）由闭合电路欧姆定律得U＝E－2（R＋r）I，代入数据得U＝5－10I（V），在灯泡U－I图像中作出这个函数关系的图像，两个图像的交点即为灯泡的工作电压与电流，如图所示，交点为（0.3 A，2 V），则两灯泡的总功率为P＝2×2×0.3 W＝1.2 W.
1
2
3
4