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2024-2025学年高二物理 同步学与练( 人教版2019必修第三册)12.3 实验:电池电动势和内阻的测量(原卷版).docx

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12.3实验:电池电动势和内阻的测量

课程标准

物理素养

3.2.4会测量电源的电动势和内阻。

物理观念:电源

科学思维:学会利用U-I图像处理数据并得出电源的电动势和内阻,进一步体会利用图像进行数据处理的方法。尝试分析电源电动势和内阻的测量误差,了解实验中减小误差的方法。

科学探究:经历实验设计过程,理解测定电源电动势和内阻的实验原理。在理解实验原理的基础上,能完成测电源电动势和内阻的规范实验操作。

科学态度与责任:在实际操作中积极思考,熟悉实验技能。

1.不变的实验原理

测量电动势和内阻的三种法:

(1)伏安法:电压表、电流表、滑动变阻器组合使用。

(2)安阻法:电流表、电阻箱组合使用。

(3)伏阻法:电压表、电阻箱组合使用。

2.必备的实验器材

电池(待测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸。

3.通用的数据处理方法

(1)公式法;(2)图像法。

4.共同的注意事项

(1)为了使路端电压变化明显,可使用内阻较大的旧电池。

(2)电流不要过大,应小于0.5A,读数要快。

(3)要测出不少于6组的(I,U)数据,变化范围要大些。

(4)若U-I图线纵轴刻度不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电流,内阻应根据r=eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))确定。

5.共同的误差分析

(1)偶然误差:用图像法求E和r时作图不准确。

(2)系统误差:电压表分流。

(3)本实验中测量结果:E测E真,r测r真。

课前研读课本,梳理基础知识:

一、伏安法测电源的电动势和内阻

1.实验原理

闭合电路欧姆定律.

2.实验器材

干电池、电压表、电流表、、开关、导线、坐标纸和刻度尺.

3.实验步骤

(1)电流表用0.6A的量程,电压表用3V的量程,按图连接好电路.

(2)把滑动变阻器的滑片移到接入电路阻值最的一端.

(3)闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数并记录一组数据(I1,U1).用同样的方法再测量几组I、U值,填入表格中.

(4)断开开关,拆除电路,整理好器材.

4.实验数据处理

(1)列方程组eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E=U1+I1r,E=U2+I2r)),解出E、r,并多次测量求平均值.

(2)用作图法处理数据,如图所示.

①图线与纵轴交点为;

②图线斜率的绝对值为.

5.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若采用甲图电路

方法a表的作用造成误差,电压值越大,电压表的分流越多,对应的I真与I测的差越大,IV=eq\f(U,RV).其中U-I图像如图乙所示.

结论:E测E真,r测r真.

方法b等效电源法

如图甲所示,E测=eq\f(RV,RV+r)E真E真,r测=eq\f(RVr,RV+r)r真.

②若采用丙图电路

方法a电流表的分压作用造成误差,电流越大,电流表分压越多,对应U真与U测的差越大,UA=I·RA.其中U-I图像如图丁所示.

结论:E测=E真,r测r真.

方法b等效电源法

如图丙所示,E测=E真,r测=r+RAr真.

(3)电路选择:

①电源内阻一般较小,选图甲电路误差较小.

②当内阻已知时选图丙电路,此时r=k-RA,没有系统误差.

6.注意事项

(1)为了使路端电压变化明显,可使用内阻较的旧电池.

(2)电流不要过大,应小于0.5A,读数要快.

(3)要测出不少于6组的(I,U)数据,变化范围要些.

(4)若U-I图线纵轴刻度不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电流,内阻应根据r=|eq\f(ΔU,ΔI)|确定.

二、安阻法测电动势和内阻

1.实验原理

闭合电路的欧姆定律E=IR+Ir,电路图如图所示.

2.实验器材

电池、、、开关、导线、坐标纸和刻度尺.

3.数据处理

(1)计算法:由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E=I1R1+I1r,E=I2R2+I2r))

解方程组求得E、r.

(2)图像法:由E=I(R+r)可得

①eq\f(1,I)=eq\f(1,E)R+eq\f(r,E),可作eq\f(1,I)-R图像(如图甲)

eq\f(1,I)-R图像的斜率k=eq\f(1,E),纵轴截距为eq\f(r,E)

②R=E·eq\f(1,I)-r,可作R-eq\f(1,I)图像(如图乙)

R-eq\f(1,I)图像的斜率k=E,纵轴截距为-r.

4.误差分析

(1)误差来源:电流表有电阻,导致内阻测

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