实验：电源电动势内阻的测量导学案 2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册.docx

12.3实验：电源电动势内阻的测量学习目标：1知道测量电源电动势和内电阻的实验原理，学会科学处理实验数据的方法公式法和图像法。2了解实验中的误差来源，了解用不同方法测量得出结果E和r的误差分析。一、实验原理如图所示，思考测量电源电动势和内阻的实验原理是什么？如何测量电源的电动势和内阻？ 二、数据分析1计算法：由EU1I1r，E 可解得E，r.可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的 。请思考，为什么要多测量几组？2作图法：（1）以U为纵坐标，I为横坐标，建立平面直角坐标系，根据几组U、I测量数据，在坐标系中描点，作UI图像。（2）将图线两侧延长，纵轴截距点是断路的路端电压，它的数值就是 ；横轴截距点是路端电压U0时的电流，它的数值就是短路电流I短。（3）图线斜率的绝对值为 ，即r，如图所示。三、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UI图像时描点不准确（2）系统误差：如图所示，主要原因是电压表的 作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流 一些。U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在UI坐标系中表示出来，如图所示，可以得到E测 E真，r测 r真。如果采用图3所示的测量电路，试分析该电路的系统误差？ 图5中，电源、电阻箱、电压表、电键构成闭合电路，试根据闭合电路欧姆定律分析，该电路是否可以测出电源电动势E和内电阻r？如可以测出，需要测出哪些物理量？其原理式？试分析实验误差？图5图6中，电源、电阻箱、电流表、电键构成闭合电路，试根据闭合电路欧姆定律分析，该电路是否可以测出电源电动势E和内电阻r？如可以测出，需要测出哪些物理量？其原理式？试分析实验误差？图6四、注意事项1器材和量程的选择（1）电池：为了使路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池。（2）电压表的量程：实验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于1.5 V的前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为03 V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0.5 A，故电流表的量程选00.6 A的。（4）滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，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，所以电流表应采用内接法，即一般选择误差较小的甲电路图。甲 乙3实验操作：电池在大电流放电时极化现象较严重，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0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A。因此，实验中不要将I调得过大，读电表示数要快，每次读完后应立即断电。4数据处理（1）当路端电压变化不是很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点不从零开始，把纵坐标的比例放大。（2）画U­I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。当堂检测：1（2022·湖北·鄂州市教学研究室高一期末）某同学要准确测量手机中常用锂电池的电动势（约为3.8V）和内阻（约为9），实验器材如下：A电压表（量程3V，内阻约为3k）B电压表（量程1.5V，内阻约为3k）C定值电阻，阻值为5D滑动变阻器，最大阻值10E. 导线和开关（1）该同学利用上述器材设计的实验电路如图甲所示，请在图甲中把电压表的代号、填在相应的中。_（2）实验中移动滑动变阻器触头，读出电压表和的多组数据、并进行数据处理，描绘出图像如图乙所示，则电源的电动势_V，内阻_。且内阻r的测量值_（填“大于”“小于”或“等于”）真实值。2（2022·湖南衡阳·高二期末）某同学利用如图甲所示的电路测量一电池的电动势E和内阻r。图中定值电阻，电流表量程为0.6A、内阻，电阻箱的最大阻值为99.99。（1）闭合开关S，多次改变电阻箱的阻值，记录多组电阻箱的阻值R和电流表的示数I，则电阻箱两端的电压U与电流表的示数I的关系为_。（用物理量符号表示）（2）测量多组电阻箱的阻值R和电流表的示数I，以为横坐标、为纵坐标，作出的图像如图乙所示，则电池的电动势_V，电池的内阻_。（结果均保留两位有效数字）3（2022·山东·威海市教育教学研究中心高一期末）为精准测量一节干电池的电动势和内阻，某同学设计了图甲所示的电路。实验器材有：干电池一节、滑动变阻器R（最大阻值为20）、电流表A（量程为0.6A，内阻约为1）、灵敏电流表G（满偏电流，内阻）、固定电阻、开关、导线。（1）连接好电路，将滑动变阻器R的滑片滑至_，（选填“最左端”或“最右端”）检查无误后，闭合开关；（2）调整滑片的位置，读出多组电流表A的示数，和灵敏电流表G的示数，将记录的数据做出图像如图乙所示，电源的电动势为_V，内阻为_（结果均保留小数点后2位）；（3）电路中除具有保护电路的作用外，还具有什么作用？( )4（2022·四川宜宾·高二期末）一同学测量某干电池的电动势和内阻。（1）如图，该同学正准备接入最后一根导线（图中虚线所示）时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处_，_。 （2）改正后，实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见下表：根据表中数据，在答题卡的方格纸上作出R-关系图像。_R/8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26/A-16.76.05.34.53.8（3）由图像可计算出该干电池的电动势为_V（计算结果保留三位有效数字），内阻为_。（4）为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100mV的理想电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱，当电流表的示数为0.33A时，电压表的指针位置如图，其示数为_mV，干电池的内阻应为_。5（2022·山西省定襄县定襄中学校高二期末）利用如图甲所示电路，可以测量电源电动势和内阻，所用的实验器材有：待测电源（电动势不大于6V，内阻不大于1），电阻箱R（最大阻值999.9），表头G（量程为100，内阻为900），定值电阻、，开关S，导线若干。实验步骤如下：（1）先利用将表头G改装成1的电流表，再将1的电流表改装成量程为6V的电压表，则两定值电阻的阻值分别为：_，_；（2）将电阻箱阻值调到最大，再闭合开关S；（3）多次调节电阻箱，记下表头G的示数I和电阻箱相应的阻值R；（4）以为纵坐标，为横坐标，作出图线如图乙所示；（5）根据图线求得电源的电动势_V，内阻_.（此两空结果均保留到小数点后一位）6（2022·湖南·高二期末）如图甲所示，将两个不同金属电极插入水果中就可以做成一个水果电池，某同学准备测定水果电池的电动势和内阻。实验室提供的器材如下：A水果电池（电动势约为1V、内阻约为750）B滑动变阻器R1（阻值范围为050）C滑动变阻器R2（阻值范围为03000）D电压表V（量程为3V，内阻约为3k）E毫安表A（量程为1.0mA，内阻为50）F开关一个，导线若干（1）该同学设计了如图乙、丙所示的两个测量电路图，为了尽可能准确测定这个水果电池的电动势和内阻，应选图_（填“乙”或“丙”）；滑动变阻器应选_（填“B”或“C”）。（2）该同学实验时根据记录的数据在坐标系中描点并作出UI图线如图丁所示，根据图线求出这个水果电池的电动势为_V，内阻为_。（3）若利用图丙测水果电池的电动势E和内阻r，所测量的实际是图戊中虚线框所示“等效电源”的电动势和内阻。若电压表内阻用表示，请你用E、r和表示出、=_，=_。7（2022·江西·横峰中学高二期末）目前汽车上都有车载电瓶作为备用电源，用久以后性能会下降，表现之一为电瓶的电动势变小，内阻变大。某兴趣小组将一块旧的车载电瓶充满电，准备利用下列器材测量电瓶的电动势和内电阻。A待测电瓶，电动势约为，内阻约几欧姆B直流电压表、，量程均为，内阻约为C定值电阻未知D滑动变阻器R，最大阻值E导线和开关（1）根据如图甲所示的实物连接图，在图乙方框中画出相应的电路图_；（2）实验之前，需要利用该电路图测出定值电阻的阻值，方法是先把滑动变阻器R调到最大阻值，再闭合开关，电压表和的读数分别为，则_（用、表示）。（3）实验中移动滑动变阻器触头，读出电压表和的多组数据、，描绘出图像如图丙所示，图丙中的直线斜率为k，与横轴的截距为a，则电瓶的电动势_，内阻_（用k、a、表示）。物理不做题，相当没学习；做题不反思，回家种地去。 8 / 88学科网（北京）股份有限公司