2024版新教材高中物理第十二章電能能量守恒定律3.實(shí)驗(yàn)：電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻的測量課件新人教版必修第三冊(cè)

3．實(shí)驗(yàn)：電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻的測量核心素養(yǎng)定位物理觀念理解測定電源的電動(dòng)勢與內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理．科學(xué)思維學(xué)會(huì)利用U-I圖像處理數(shù)據(jù)并得出電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻，進(jìn)一步體會(huì)利用圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法．科學(xué)探究在理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，能完成測電源的電動(dòng)勢與內(nèi)阻的規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任嘗試分析電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的測量誤差，了解實(shí)驗(yàn)中減小誤差的方法．導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)共研·突破關(guān)鍵能力精練·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)一、實(shí)驗(yàn)思路如圖所示，根據(jù)閉合電路的_________，電源電動(dòng)勢E、內(nèi)阻r，與路端電壓U、電流I的關(guān)系可以寫成E＝U＋I(xiàn)r，測出U、I的兩組數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程，從中解出E和r.因此，用________、________加上一個(gè)____________，就能測定電源的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r.歐姆定律電壓表電流表滑動(dòng)變阻器二、物理量的測量1．選用合適的量程，按實(shí)驗(yàn)原理圖連接好電路．2．把滑動(dòng)變阻器的滑片移到一端，使其接入電路的阻值最大．

保護(hù)電路元件3．閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表有明顯的示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1)，用同樣的方法測量幾組U、I值．4．?dāng)嚅_開關(guān)，整理好器材．5．處理數(shù)據(jù)，用公式法和作圖法求出電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻．

偶然誤差較大三、誤差分析1．偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U-I圖像時(shí)描點(diǎn)不準(zhǔn)確．2．系統(tǒng)誤差：主要原因是未考慮電壓表的分流作用，使得電流表上讀出的數(shù)值比實(shí)際的總電流(即流過電源的電流)要小一些．U越大，電流表的讀數(shù)與總電流的偏差就越大，將測量結(jié)果與真實(shí)情況在U-I坐標(biāo)系中表示出來，如圖所示，可見E測<E真，r測<r真．四、注意事項(xiàng)1．為使電池的路端電壓有明顯變化，應(yīng)選取內(nèi)阻較大的舊干電池和內(nèi)阻________的電壓表．2．實(shí)驗(yàn)中不能將電流調(diào)得過大，且讀數(shù)要快，讀完后立即切斷電源，防止干電池因大電流放電時(shí)間過長導(dǎo)致內(nèi)阻r發(fā)生明顯變化．當(dāng)干電池的路端電壓變化不很明顯時(shí)，作圖像，縱軸起點(diǎn)可不從零開始，縱軸單位可取得小一些．如圖所示，此時(shí)圖線與縱軸交點(diǎn)仍為電池的__________，但圖線與橫軸交點(diǎn)不再是短路電流，內(nèi)阻要在直線上取較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，用r＝________求出．較大電動(dòng)勢E

共研·突破關(guān)鍵能力

【典例】——————————————————○例1利用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，要求盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差．(1)應(yīng)該選擇的實(shí)驗(yàn)電路是圖中的_____(選填“甲”或“乙”)．(2)現(xiàn)有開關(guān)和導(dǎo)線若干，以及以下器材：A．電流表(0～0.6A)B．電流表(0～3A)C．電壓表(0～15V)D．電壓表(0～3V)E.滑動(dòng)變阻器(0～10Ω)F．滑動(dòng)變阻器(0～500Ω)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用_____；電壓表應(yīng)選用________；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________．(選填相應(yīng)器材前的字母)甲ADE解析：(1)如果用乙電路，誤差來源于電流表的分壓，測量時(shí)將電流表內(nèi)阻當(dāng)成電源內(nèi)阻的一部分，而電流表內(nèi)阻與電源內(nèi)阻很接近，故電源內(nèi)阻測量誤差大；用甲電路，誤差來源于電壓表的分流，因?yàn)殡妷罕淼膬?nèi)阻遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的電阻，故電壓表分流很小，測量引起的誤差小，故選擇甲電路圖．(2)電源電動(dòng)勢為1.5V，因此電壓表量程選擇3V，故選D；因干電池電阻約為幾歐姆，則電路中的最大電流約為零點(diǎn)幾安，電流表量程選擇0.6A，故選A；為使電流表有較大角度的偏轉(zhuǎn)，需選用全阻值小的滑動(dòng)變阻器，故選E.例2某同學(xué)在用電流表和電壓表測電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，串聯(lián)了一只2.5Ω的保護(hù)電阻R0，實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示．(1)請(qǐng)按圖甲電路原理圖把圖乙實(shí)物電路利用筆畫線代替導(dǎo)線連接起來．(2)該同學(xué)順利完成實(shí)驗(yàn)，測得如表所示的數(shù)據(jù)，請(qǐng)根據(jù)數(shù)據(jù)在圖丙坐標(biāo)系中畫出U--I圖像．由圖知，電池的電動(dòng)勢為_______，內(nèi)阻為______．(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)I/A0.100.170.230.30U/V1.201.000.800.601.5V0.52Ω

(3)考慮電表本身電阻對(duì)測量結(jié)果的影響，造成本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的原因是_________________________________________________________.(4)實(shí)驗(yàn)所得的電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的測量值與真實(shí)值比較：E測________E真，r測________r真．(均選填“>”“<”或“＝”)電壓表的分流作用<<解析：(3)電流表所測的電流小于通過電池的電流，因?yàn)殡妷罕淼姆至髯饔茫?4)保護(hù)電阻等效到電池的內(nèi)部，電壓表測的電壓為外電壓，電流表所測的電流偏小，作出U-I圖線的測量圖線和實(shí)際圖線，如圖丙所示，虛線表示實(shí)際圖線，從圖線可以看出，電動(dòng)勢和內(nèi)阻的測量值均小于真實(shí)值．[訓(xùn)練1]

[2023·浙江6月]在“測量干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)中(1)部分連線如圖甲所示，導(dǎo)線a端應(yīng)連接到________(選填“A”“B”“C”或“D”)接線柱上．正確連接后，某次測量中電壓表指針位置如圖乙所示，其示數(shù)為________V.B1.20(2)測得的7組數(shù)據(jù)已標(biāo)在如圖丙所示U-I坐標(biāo)系上，用作圖法求干電池的電動(dòng)勢E＝________V和內(nèi)阻r＝________Ω.(計(jì)算結(jié)果均保留兩位小數(shù))1.501.04

[訓(xùn)練2]一位同學(xué)用電流表和電壓表測定電池的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r，所用電路如圖甲所示，測得的6組數(shù)據(jù)如下表所示．(1)試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖乙中作出U-I圖線．序號(hào)123456電流I/A0.120.200.310.320.500.57電壓U/V1.371.321.241.181.101.05(2)根據(jù)作出的圖線求出電池的電動(dòng)勢E＝______V，電池的內(nèi)阻r＝________Ω.(3)若該同學(xué)未畫出圖線，只選用其中相鄰兩組U和I數(shù)據(jù)，利用公式E＝U＋I(xiàn)r算出E和r，這樣做可能得出誤差較大的結(jié)果．當(dāng)選用的數(shù)據(jù)中包含第________組數(shù)據(jù)時(shí)，求得E、r的誤差最大．1.460.714

目標(biāo)二伏阻法和安阻法測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻【歸納】——————————————————○方案一：伏阻法(用電阻箱、電壓表)測定(1)實(shí)驗(yàn)電路如圖所示．

例3為了測量由兩節(jié)干電池組成的電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，其中R為電阻箱，R0＝5Ω為保護(hù)電阻．(1)按照?qǐng)D甲所示的電路圖，將圖乙所示的實(shí)物連接成實(shí)驗(yàn)電路．

2.91.1

方案二：安阻法(用電阻箱、電流表)測定(1)實(shí)驗(yàn)電路如圖所示．

例4一同學(xué)測量某干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻．(1)如圖所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時(shí)的實(shí)驗(yàn)電路．請(qǐng)指出圖中在器材操作上存在的兩個(gè)不妥之處：①________；②_____________．開關(guān)閉合電阻箱阻值為零

R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.266.75.95.34.53.8371.2(3)為了得到更準(zhǔn)確的測量結(jié)果，在測出上述數(shù)據(jù)后，該同學(xué)將一只量程為100mV的電壓表并聯(lián)在電流表的兩端．調(diào)節(jié)電阻箱，當(dāng)電流表的示數(shù)為0.33A時(shí)，電壓表的指針位置如圖所示，則該干電池的電動(dòng)勢應(yīng)為________V，內(nèi)阻應(yīng)為________Ω.1.371.0

24

0.801.071.301.471.802.270.20.50.81.01.52.0偏小1.671.39

精練·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)1．在甲、乙實(shí)驗(yàn)電路中，電源有內(nèi)阻．圖丙、丁是由電流表和電壓表測的數(shù)據(jù)繪制的U-I圖像．下列說法正確的是(

)

答案：D

2．為了測量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，某同學(xué)采用了伏安法．現(xiàn)備有下列器材A．被測干電池一節(jié)B．電流表1：量程0～0.6A，內(nèi)阻約為0.1ΩC．電流表2：量程0～0.6A，內(nèi)阻r＝0.3ΩD．電壓表1：量程0～3V，內(nèi)阻未知E．電壓表2：量程0～15V，內(nèi)阻R＝2kΩF．滑動(dòng)變阻器1：0～10Ω，額定電流2AG．滑動(dòng)變阻器2：0～100Ω，額定電流1AH．開關(guān)、導(dǎo)線若干在用伏安法測電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，由于電流表和電壓表內(nèi)阻的影響，測量結(jié)果存在系統(tǒng)誤差．在現(xiàn)有器材的條件下，要盡可能準(zhǔn)確地測量電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻．(1)在上述器材中電流表應(yīng)選擇________(填寫選項(xiàng)前的字母)；(2)實(shí)驗(yàn)電路圖應(yīng)選擇圖中的________(選填“甲”或“乙”)；C甲(3)若某次電壓表讀數(shù)如圖，則此電壓為U＝____V；(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)中電流表和電壓表的示數(shù)得到了如圖丙所示的U-I圖像，則該干電池的電動(dòng)勢E＝________V，內(nèi)電阻r＝________Ω.1.291.50.7

3．某實(shí)驗(yàn)小組選用以下器材測定電池組的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，要求測量結(jié)果盡量準(zhǔn)確．電壓表(量程0～3V，內(nèi)阻約為3kΩ)電流表(量程0～0.6A，內(nèi)阻約為1Ω)滑動(dòng)變阻器(0～20Ω，額定電流1A)待測電池組(電動(dòng)勢約為3V，內(nèi)阻約為1Ω)開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)該小組連接的實(shí)物電路如圖甲所示，經(jīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)電路中有一條導(dǎo)線連接不當(dāng)，這條導(dǎo)線對(duì)應(yīng)的編號(hào)是________．(2)改正這條導(dǎo)線的連接后開始實(shí)驗(yàn)，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)置于滑動(dòng)變阻器的________端．(選填“a”或“b”)5a(3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)，電流表讀數(shù)變化明顯但電壓表讀數(shù)變化不明顯．為了解決這個(gè)問題，在電池組負(fù)極和開關(guān)之間串聯(lián)一個(gè)阻值為5Ω的電阻，之后該小組得到了幾組電壓表讀數(shù)U和對(duì)應(yīng)的電流表讀數(shù)I，并作出U-I圖像，如圖乙所示．根據(jù)圖像可知，電池組的電動(dòng)勢為________V，內(nèi)阻為________Ω.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)2.90.80

4．[2023·湖北卷]某實(shí)驗(yàn)小組為測量干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，設(shè)計(jì)了如圖甲所示電路，所用器材如下：電壓表(量程0～3V，內(nèi)阻很大)；電流表(量程0～0.6A)；電阻箱(阻值0～999.9Ω)；干電池一節(jié)、開關(guān)一個(gè)和導(dǎo)線若干．(1)根據(jù)圖甲，完成圖乙中的實(shí)物圖連線．

1.580.642.5偏小

5．某同學(xué)分別用圖1甲和圖1乙的電路測量同一節(jié)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻．(1)請(qǐng)畫出圖乙的電路圖；(2)某次測量時(shí)電流表和電壓表的示數(shù)如圖2所示，則電流I＝________A，電壓U＝________V；(3)實(shí)驗(yàn)得到如圖3所示的兩條直線，圖中直線Ⅰ對(duì)應(yīng)電路是圖1_____(選填“甲”或“乙”)；(4)該電池的電動(dòng)勢E＝________V(保留三位有效數(shù)字)，內(nèi)阻r＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)．0.401.30乙1.520．53解析：(2)測電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻所用電流表量程為0～0.6A，電壓表量程為0～3V，則兩表示數(shù)分別為0.40A(0.39A～0.41A都正確)、1.30V(1.29V～1.31V均正確)．(3)由E＝U＋I(xiàn)r，得U＝－Ir＋E，即Ⅰ、Ⅱ兩圖線的斜率的絕對(duì)值表示電源內(nèi)阻，且rⅡ>rⅠ.題圖甲中由于電流表的分壓作用，所測電阻為電源內(nèi)阻與電流表電阻的和，r甲測>r；題圖乙中由于電壓表的分流作用，所測電阻為電源內(nèi)阻與電壓表電阻的并聯(lián)值，r乙測<r.故直線Ⅰ對(duì)應(yīng)乙電路，直線Ⅱ?qū)?yīng)甲電路．(4)由圖像可知，電源內(nèi)阻較小，測一節(jié)干電池的電動(dòng)勢與電阻應(yīng)采用乙電路，將直線Ⅰ延長，與縱軸的截距表示電動(dòng)勢，E＝1.52V(1.51V～1.54V均正確)；從直線Ⅰ上取兩點(diǎn)代入E＝U＋I(xiàn)r，或利用圖線的斜率可得電池內(nèi)阻r＝0.53Ω(0.52Ω～0.54Ω均正確)．6．同學(xué)有個(gè)超霸(GP)9V電池如圖甲所示，他欲測量該電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻(內(nèi)阻約為25Ω)．提供的器材如下：電流表A(量程為0～200μA，內(nèi)阻為500Ω)，開關(guān)S，電阻箱R1(最大阻值為9999.9Ω)，電阻箱R2(最大阻值為99999.9Ω)和若干導(dǎo)線．(1)由于電流表A的量程太小，需將電流表A改裝成量程為0～9V的電壓表V，則電流表A應(yīng)與電阻箱________(選填“R1并聯(lián)”“R1串