2024_2025版高中物理第二章恒定电流10实验：测定电池的电动势和内阻教案新人教版选修3_1.docxVIP

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10试验：测定电池的电动势和内阻

[学科素养与目标要求]

物理观念：知道测定电池的电动势和内阻的试验原理：闭合电路的欧姆定律．

科学探究：1.依据“伏安法”测定电池电动势和内阻的原理，会选用试验器材、正确连接电路、规范试验操作.2.能进行分组、自主合作探究，并对信息进行数据处理．

科学思维：1.会设计测定电池电动势和内阻的“伏安法”、“伏阻法”、“安阻法”的电路图.2.体会图象法处理数据的优点，体会“化曲为直”的思想方法．

一、测定电池电动势和内阻的试验方案设计

1．伏安法：由E＝U＋Ir知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表，电路图如图1所示．

图1

2.安阻法：由E＝IR＋Ir可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图2所示．

图2

3.伏阻法：由E＝U＋eq\f(U,R)r知，假如能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图3所示．

图3

二、试验操作与试验数据的处理

1．试验步骤(以伏安法为例)

(1)电流表用0～0.6A量程，电压表用0～3V量程，按试验原理图连接好电路．

(2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路中的阻值最大．

(3)闭合开关，调整滑动变阻器，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．

(5)处理数据，用公式法或图象法求出电池的电动势和内阻．

2．试验数据的处理

(1)公式法

依次记录的多组数据(一般6组)如表所示：

试验序号

1

2

3

4

5

6

I/A

I1

I2

I3

I4

I5

I6

U/V

U1

U2

U3

U4

U5

U6

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．

E＝eq\f(E1＋E2＋E3,3)，r＝eq\f(r1＋r2＋r3,3).

(2)图象法

①依据多次测出的U、I值，作U－I图象；

②将图线两侧延长，纵轴截距的数值就是电池电动势E；

③横轴截距(路端电压U＝0)的数值就是短路电流eq\f(E,r)；

④图线斜率的肯定值等于电池的内阻r，即r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))＝eq\f(E,I短)，如图4所示．

图4

3．留意事项

(1)为使电池的路端电压有明显变更，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表．

(2)试验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后马上切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变更．

(3)当干电池的路端电压变更不很明显时，作图象时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零起先．

图5

如图5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\f(ΔU,ΔI)|求出．

4．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图象时描点不精确．

(2)系统误差：主要缘由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，将测量结果与真实状况在U－I坐标系中表示出来，如图6所示，可见E测＜E真，r测＜r真.

图6

一、伏安法测电动势和内阻

例1利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小试验误差．

图7

(1)应当选择的试验电路是图7中的________(填“甲”或“乙”)．

(2)现有开关和导线若干，以及以下器材：

A．电流表(0～0.6A)

B．电流表(0～3A)

C．电压表(0～15V)

D．电压表(0～3V)

E．滑动变阻器(0～10Ω)

F．滑动变阻器(0～500Ω)

试验中电流表应选用________；电压表应选用____________；滑动变阻器应选用________．(选填相应器材前的字母)

答案(1)甲(2)ADE

解析(1)假如用乙电路，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)电源电动势为1.5V，因此电压表量程选择3V，故选D；为使电流表有较大角度的偏转，需选用全阻值小的滑动变阻器，故选E.

选择仪器时留意驾驭的原则

1．平安性原则，即肯定要保证仪器的平安，