2024_2025学年新教材高中物理第12章电能能量守恒定律3实验：电池电动势和内阻的测量学案新人教版必修第三册.docVIP

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试验：电池电动势和内阻的测量

试验目标：1．经验试验设计过程，理解测定电源电动势和内阻的试验原理。2．在理解试验原理的基础上，能完成测电源电动势和内阻的规范试验操作。3．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。4．尝试分析电源电动势和内阻的测量误差，了解试验中减小误差的方法。

一、试验原理和方法

试验电路如图所示，依据闭合电路的欧姆定律，变更R的阻值，测出两组U、I的值，依据闭合电路的欧姆定律可列出两个方程：

eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r))?eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝\f(I1U2－I2U1,I1－I2),r＝\f(U2－U1,I1－I2)))

二、试验器材

待测电池一节，电流表(0～0.6A)、电压表(0～3V)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干。

三、试验步骤

1．选定电流表、电压表的量程，依据电路图把器材连接好。

2．把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端(图中左端)。

3．闭合开关，调整滑动变阻器，使电流表有明显示数，读出电压表示数U和电流表示数I，并填入事先绘制好的表格(如下表)。

试验序号

1

2

3

4

5

6

I/A

U/V

4．多次变更滑片的位置，读出对应的多组数据，并一一填入表中。

5．断开开关，整理好器材。

四、数据处理

1．公式法

把测量的几组数据分别代入E＝U＋Ir中，然后两个方程为一组，解方程求出几组E、r的值，最终对E、r分别求平均值作为测量结果。

2．图像法

(1)以I为横坐标，U为纵坐标建立直角坐标系，依据几组I、U的测量数据在坐标系中描点。

(2)用直尺画一条直线，使尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的点，能大致均衡地分布在直线两侧。

(3)如图所示：

①图线与纵轴交点为E。

②图线与横轴交点为I短＝eq\f(E,r)。

③图线的斜率大小表示r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))。

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图像时描点不精确。

2．系统误差：主要缘由是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些。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，如图所示，可见E测E真，r测r真。

六、留意事项

1．器材和量程的选择

(1)电池：为了使路端电压变更明显，电池的内阻宜大些，可选用已运用过一段时间的1号干电池。

(2)电压表的量程：试验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于1.5V的前提下，越小越好，试验室中一般采纳量程为0～3V的电压表。

(3)电流表的量程：对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5A，故电流表的量程选0～0.6A的。

(4)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变更明显的路端电压，滑动变阻器选择阻值较小一点的。

2．电路的选择：伏安法测电源电动势和内阻有两种接法，由于电流表内阻与干电池内阻接近，所以电流表应采纳内接法，即一般选择误差较小的甲电路图。

甲乙

3．试验操作：电池在大电流放电时极化现象较严峻，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A。因此，试验中不要将I调得过大，读电表示数要快，每次读完后应马上断电。

4．数据处理

(1)当路端电压变更不是很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点不从零起先，把纵坐标的比例放大。

(2)画U-I图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。

类型一试验原理与操作

【典例1】在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的试验，供选用的器材有：

A．电流表(量程：0～0.6A，RA＝1Ω)

B．电流表(量程：0～3A，RA＝0.6Ω)

C．电压表(量程：0～3V，RV＝5kΩ)

D．电压表(量程：0～15V，RV＝10kΩ)

E．滑动变阻器(0～10Ω，额定电流1.5A)

F．滑动变阻器(0～2kΩ，额定电流0.2A)

G．待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干

(1)请在下边虚线框中画出本试验的电路图。

(2)电路中电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________。(均用字母代号填写)

(3)如图所示为试验所需器材，请按原理图连接成正确的试验电路。

[解析](1)依据测量电池的电动势和内阻的试验原理