《学霸笔记 同步精讲》第12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）高中物理人教版必修三

(共38张PPT)
3.实验:电池电动势和内阻的测量
课标定位
1.知道伏安法测定电池电动势、内阻的原理和电路图。
2.会用伏安法测定电池的电动势和内阻。
3.会利用U-I图像求出电池的电动势和内阻。
素养阐释
1.通过利用图像处理实验数据,分析实验误差等,培养科学思维。
2.通过实验,培养真实记录实验数据的习惯和实事求是的品质,培养科学态度与责任。
实验探究·新知导学
典例精讲·释疑解惑
随 堂 练 习
实验探究·新知导学
一、实验原理
实验电路如图所示,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:
E=U1+I1r和E=U2+I2r,
联立可解出E、r的值。
二、实验器材
待测电池一节,电流表(0~0.6 A)、电压表(0~3 V)各一块,
滑动变阻器一只,开关一只,导线若干。
三、实验步骤
1.确定电流表、电压表的量程,按实验电路图连接好实物电路,并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。
2.闭合开关S,接通电路,将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动,从电流表有明显读数开始,记录一组电流表、电压表读数。
3.同样的方法,依次记录多组U、I值。
4.断开开关S,拆除电路。
5.以U为纵轴,I为横轴,将记录的电压、电流标在坐标图上,过这些点作一条直线,根据纵轴截距求出电动势,根据斜率大小求出内阻。
四、数据处理
为减小测量误差,本实验常选用以下两种数据处理方法:
1.公式法
利用依次记录的多组数据(一般6组),分别记录如表所示:
分别将1、4组,2、5组,3、6组联立方程组解出E1、r1,E2、r2, E3、r3,求出它们的平均值 作为测量结果。
2.图像法
把测出的多组U、I 值,在U-I 图中描点画图像,使U-I 图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧,如图所示,由U=E-Ir 可知:
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U-I图像时描点不准确。
2.系统误差
由于电压表分流IV,使电流表示数I小于电池的输出电流I真。 I真=I+IV,而 ,U越大,IV越大,它们的关系可用如图表示。实测的图线为AB,经过IV修正后的图线为A'B,可看出AB的斜率绝对值和在纵轴上的截距都小于A'B,即实测的E和r都小于真实值。
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 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、方案设计
1.用电流表和电阻箱测E、r(又叫安阻法)。
如图所示,由E=IR+Ir可知,如果能得到I、R的两组数据,也可以得到关于E和r的两个方程,于是能够从中解出E和r。这样,用电流表、电阻箱也可以测定电源的电动势和内阻。
2.用电压表和电阻箱测E、r(又叫伏阻法)。

如图所示,由 可知,如果能得到U、R的两组数据,同样能通过解方程组求出E和r。这样,除了以上两个方法外,还可以用电压表、电阻箱来测定电源的电动势和内阻。
典例精讲·释疑解惑
知识点一
知识点二
实验仪器、电路的选择与实物连线
【例题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)应该选择的实验电路是图中的　　　　(选填“甲”或“乙”)。
(2)现有电流表(0~0.6 A)、开关和导线若干,以及以下器材:
A.电压表(0~15 V)
B.电压表(0~3 V)
C.滑动变阻器(0~50 Ω)
D.滑动变阻器(0~500 Ω)
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)
(3)按照你选择的电路和器材,把图中剩余的电路连接起来。
答案:(1)甲　(2)B　C　(3)如图所示
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,故选择甲电路图。(2)电池电动势为1.5 V,因此电压表选择量程为3 V,故选B;为使电路中的电流能大范围调节,需选用全阻值小的滑动变阻器,故选C。
仪器选择的原则
(1)安全性原则,即一定要保证仪器的安全,对电表来讲不超量程,对滑动变阻器来讲不能超过其额定电流。
(2)精确性原则,即要保证测量时读数精确,对电表来讲在不超量程的前提下,尽量选用小量程的,对电阻表来讲尽量让指针指在中值刻度附近。
(3)方便性原则,此原则主要针对滑动变阻器来讲,在滑动变阻器控制电路时,电路的电压、电流的变化范围要尽可能大,以便获取多组测量值。
实验原理与数据处理
【例题2】 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(0~20 Ω)
C.滑动变阻器(0~1 kΩ) D.电压表(0~3 V)
E.电流表(0~0.6 A) F.电流表(0~3 A)
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画出的U-I图像如图所示,由图像可得电池的电动势为　　　　 V,内阻为　　　 Ω。
答案:(1)B　E
(2)如图所示

(3)1.5　1
解析:本题通过利用图像处理实验数据,培养科学思维。
(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好,在该实验中因电源内阻比较小,故滑动变阻器选择较小一点的即可,故滑动变阻器应选B。(也可以从便于调节的角度来分析,应该选择阻值较小的滑动变阻器。)
电流表的量程要大于电源允许通过的电流,对于电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5 A,故电流表的量程需要选择0~0.6 A,所以电流表应选E。
(3)由U-I图像可知:纵截距为1.5 V,故电池的电动势为1.5 V;内阻
随 堂 练 习
1.(实验方案)为了测出电源的电动势和内阻,除待测电源和开关、导线以外,配合下列哪组仪器,不能达到实验目的(　　)
A.一个电流表和一个电阻箱
B.一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器
C.一个电压表和一个电阻箱
D.一个电流表和一个滑动变阻器
答案:D
解析:根据E=I(R+r),由电流表测出电流,用电阻箱读出外电阻的阻值,可以求出E、r,A不符合题意;根据E=U+Ir,由电流表测出电流,由电压表测出电压,可以求出E、r,B不符合题意;根据
,由电压表测出电压,用电阻箱读出外电阻的阻值,可以求出E、r,C不符合题意;因为滑动变阻器不能读出电阻的数值,所以只有一个电流表和一个滑动变阻器,测不出电动势和内阻,D符合题意。
2.(实物连线)(多选)某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时,所用滑动变阻器的阻值范围为0~20 Ω,连接电路的实物图如图所示。关于该学生接线的说法正确的是
(　　)
A.滑动变阻器不起变阻作用
B.电流表接线有误
C.电压表量程选用不当
D.电压表接线不妥
答案:AD
解析:移动滑动变阻器滑片时,不会改变接入电路的电阻大小,滑动变阻器不起变阻作用,A正确;电流表只允许电流从正接线柱流入,从负接线柱流出,而且应该选择0~0.6 A量程,图中电流表接线正确,所以B错误;图中电源为两节干电池,电动势为3 V,所以电压表量程应选用0~3 V,所以C错误;图中开关不能控制电压表,且电流从负接线柱流入,从正接线柱流出,所以电压表的接线不妥,D正确。
3.(数据处理与实物连线)某实验小组利用如图所示电路测定一节电池的电动势和内阻,备有下列器材:
①待测电池,电动势约为1.5 V(小于1.5 V)
②电流表,量程0.6 A
③电压表,量程1.5 V
④滑动变阻器,0~20 Ω
⑤开关一个,导线若干
(1)按电路图将实物(如图甲所示)连接起来。
(2)该小组由实验数据作出的U-I图像如图乙所示,由图像可求得电池电动势为　　　　 V,内阻为　　　 Ω。
答案:(1)如图所示

(2)1.45　2.90
解析:(1)根据电路图连接实物图时,一定要看清电路的结构,滑动变阻器的接线柱所在的位置,注意导线不能交叉。
(2)电池的电动势是纵轴截距1.45 V,