《新教材2023高中物理第十二章电能能量守恒定律12.3实验：电池电动势和内阻的测量课件新人教版必修第三册》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新教材2023高中物理第十二章电能能量守恒定律12.3实验：电池电动势和内阻的测量课件新人教版必修第三册（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十二章第十二章电能能量守恒定律电能能量守恒定律3实验实验:电池电动势和内阻的测量电池电动势和内阻的测量一、一、实验思路实验思路1.通过前面的学习通过前面的学习,我们知道测量电阻最常用的方法就是伏安我们知道测量电阻最常用的方法就是伏安法法.电动势和内阻是电源的重要参量电动势和内阻是电源的重要参量,要测量一个电池的电动势要测量一个电池的电动势和内阻和内阻,依据伏安法如何设计该实验依据伏安法如何设计该实验?选用什么器材选用什么器材?把你自己把你自己研究的方案写出来研究的方案写出来.答案答案:依据伏安法可设计如图所示的电路依据伏安法可设计如图所示的电路.根据闭合电路欧姆定律根据闭合电路欧姆定律,电源
2、电动势电源电动势E、内阻、内阻r与路端电压与路端电压U、电流、电流I的关系可以写成的关系可以写成E=U+Ir.如果能测出如果能测出U、I的多的多组数据组数据,就可以列出关于就可以列出关于E、r的方程的方程,从而解出从而解出E和和r.所用器材所用器材:电池电池(被测电源被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等.2.如果只有一个电流表没有电压表如果只有一个电流表没有电压表,又该怎么设计电路又该怎么设计电路,需要什需要什么器材么器材?如果只有一个电压表呢如果只有一个电压表呢?答案答案:如果只有一个电流表
3、如果只有一个电流表,无法直接测量电压无法直接测量电压,可借助一电阻可借助一电阻箱设计如图甲所示电路箱设计如图甲所示电路.由由E=IR+Ir可知可知,只要能得到只要能得到I、R的两组数据的两组数据,列出关于列出关于E、r的的两个方程两个方程,就能解出就能解出E、r.用到的器材用到的器材:电池、开关、导线、电阻箱、电流表等电池、开关、导线、电阻箱、电流表等.甲甲如果只有一个电压表如果只有一个电压表,无法直接测量电流无法直接测量电流,可借助一电阻箱设计可借助一电阻箱设计如图乙所示电路如图乙所示电路.乙乙二、进行实验二、进行实验(以伏安法为例以伏安法为例)1.确定电流表、电压表的量程确定电流表、电压表
4、的量程(电流表用电流表用00.6A量程量程,电压表用电压表用03V量程量程),按实验按实验原原理理图图(如图如图)连连接好电路接好电路.2.把滑动变阻器的滑片移动到使其接入电路中的阻值最大的一端把滑动变阻器的滑片移动到使其接入电路中的阻值最大的一端.3.闭合开关闭合开关,调节滑动变阻器调节滑动变阻器,使电流表有明显的示数使电流表有明显的示数,记录一组数记录一组数据据(U1、I1),用同样的方法多测量几组用同样的方法多测量几组U、I值值.4.断开开关断开开关,整理好器材整理好器材.三、数据记录三、数据记录分别将记录的电流表、电压表示数填入设计好的表格中分别将记录的电流表、电压表示数填入设计好的表
5、格中.实验序号实验序号123456I/AU/V四、数据分析四、数据分析根据实验测得的路端电压根据实验测得的路端电压U、电流、电流I,怎样得到电池的电动势和怎样得到电池的电动势和内阻内阻?答案答案:可用以下两种方法得出电池电动势和内阻可用以下两种方法得出电池电动势和内阻.五、误差分析五、误差分析(1)偶然误差偶然误差:主要来源于电压表和电流表的读数主要来源于电压表和电流表的读数,以及作以及作U-I图像图像时描点不准确时描点不准确.(2)系统误差系统误差:电压表的分流作用使从电流表上读出的数值比流电压表的分流作用使从电流表上读出的数值比流过电源的电流小一些过电源的电流小一些.U越大越大,电流表的读
6、数与总电流的偏差就越电流表的读数与总电流的偏差就越大大.将测量结果与真实情况在将测量结果与真实情况在U-I坐标系中表示出来坐标系中表示出来,如图所示如图所示,可可见见E测测E真真,r测测r真真.六六、注意事项、注意事项(1)为使电池的路端电压有明显变化为使电池的路端电压有明显变化,应选取内阻较大的旧干电池应选取内阻较大的旧干电池.(2)实验中不能将电流调得过大实验中不能将电流调得过大,且读数要快且读数要快,读完后立即切断电源读完后立即切断电源,防止干电池大电流放电时内阻防止干电池大电流放电时内阻r明显变化明显变化.(3)若干电池的路端电压变化不很明显若干电池的路端电压变化不很明显,作图像时作图
7、像时,纵轴标度可取得纵轴标度可取得小一些小一些,且纵轴起点可不从且纵轴起点可不从0开始开始.命题角度命题角度1巩固强化巩固强化应该怎么做应该怎么做【典例【典例1】利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和】利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻内阻,要求尽量减小实验误差要求尽量减小实验误差.(1)应该选择的实验电路是图中的应该选择的实验电路是图中的(选填选填“甲甲”或或“乙乙”).甲甲乙乙(2)现有开关和导线若干现有开关和导线若干,以及以下器材以及以下器材:A.电流表电流表(00.6A)B.电流表电流表(03A)C.电压表电压表(015V)D.电压表电压表(03V)E.滑动变阻器滑动变
8、阻器(010)F.滑动变阻器滑动变阻器(0500)实验中电流表应选用实验中电流表应选用,电电压表应选用压表应选用,滑滑动变动变阻器应选用阻器应选用.(均均选选填相应器材前的字母填相应器材前的字母)解析解析:(1)如如果果用用题题图图乙电路乙电路,误差来源于电流表的分压作用误差来源于电流表的分压作用,测量测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分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而电流表内阻与电源内阻很接近阻很接近,故电源内阻测量误差大故电源内阻测量误差大;用用题题图图甲电路甲电路,误差来源于电误差来源于电压表的分流作用压表的分流作用,因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻因为
9、电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻,故故电压表的分流作用很小电压表的分流作用很小,测量引起的误差小测量引起的误差小,故选择甲电路图故选择甲电路图.(2)电源电动势约为电源电动势约为1.5V,因此电压表量程选择因此电压表量程选择03V,故选故选D;为使为使电流表指针有较大角度的偏转电流表指针有较大角度的偏转,需选用小量程电流表和全阻值小需选用小量程电流表和全阻值小的滑动变阻器的滑动变阻器,故电流表选故电流表选A,滑动变阻器选滑动变阻器选E.答案答案:(1)甲甲(2)ADE选择仪器的原则选择仪器的原则(1)安全性原则安全性原则,即一定要保证仪器的安全即一定要保证仪器的安全.对电表来讲不超过量对电表
10、来讲不超过量程程,对滑动变阻器来讲不能超过其额定电流对滑动变阻器来讲不能超过其额定电流.(2)精确性原则精确性原则,即要保证测量时读数精确即要保证测量时读数精确.对电表来讲在不超量对电表来讲在不超量程的前提下程的前提下,尽量选用小量程的尽量选用小量程的,对欧姆表来讲尽量让指针指在对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近中值刻度附近.(3)方便性原则方便性原则,此原则主要针对滑动变阻器此原则主要针对滑动变阻器.在滑动变阻器控制在滑动变阻器控制电路时电路时,电路的电压、电流的变化范围要尽可能大电路的电压、电流的变化范围要尽可能大,以便获取多以便获取多组测量值组测量值.【典例【典例2】用电流表和电压表
11、测量电源的电动势和内阻】用电流表和电压表测量电源的电动势和内阻,实验实验原理图及所需器材如图甲、乙所示原理图及所需器材如图甲、乙所示.(1)在图乙中用笔画线代替导线将器材按原理图连接成实验在图乙中用笔画线代替导线将器材按原理图连接成实验电路电路.甲甲乙乙(2)一位同学记录的一位同学记录的6组数据见下表组数据见下表:I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05试根据这些数据在图丙中作出试根据这些数据在图丙中作出U-I图像图像,根据图像读出电源的电根据图像读出电源的电动势动势E=V,求出电源内阻求出电源内阻r=.丙丙答案答案:(1)如
12、图甲所示如图甲所示.(2)如图乙所示如图乙所示.1.46(1.451.47均可均可)0.71(0.690.73均可均可)甲甲乙乙命题角度命题角度2拓展迁移拓展迁移还能怎么做还能怎么做1.对实验原理再设计对实验原理再设计,除了常用的伏安法、安阻法、伏阻法除了常用的伏安法、安阻法、伏阻法,还可还可以采用安安法以采用安安法.2.对实验器材的改进对实验器材的改进:使用电压传感器、电流传感器替代电压表、使用电压传感器、电流传感器替代电压表、电流表电流表,可提高读数的准确性和操作的便捷性可提高读数的准确性和操作的便捷性.【典例【典例3】测定一组干电池的电动势和内阻的实验中】测定一组干电池的电动势和内阻的实
13、验中,备有下列备有下列器材器材:A.待测的干待测的干电电池池B.电流表电流表A1(内阻可忽略不计内阻可忽略不计)C.电流表电流表A2(内阻可忽略不内阻可忽略不计计)D.定值电阻定值电阻R0(阻值阻值1000)E.滑动变阻器滑动变阻器R(阻值阻值020)F.开关和导线若干开关和导线若干某同学发现上述器材中虽然没有电压表某同学发现上述器材中虽然没有电压表,但给出了两个电流但给出了两个电流表表,于是他设计了如图甲所示的电路完成实验于是他设计了如图甲所示的电路完成实验.(1)在实验操作过程中在实验操作过程中,该同学将滑动变阻器的滑片向左滑动该同学将滑动变阻器的滑片向左滑动,则电流表则电流表A1的示数将
14、的示数将(选填选填“变大变大”或或“变小变小”).甲甲(2)该同学利用测出的实验数据绘出的该同学利用测出的实验数据绘出的I1-I2图像如图乙所示图像如图乙所示(I1为为电流表电流表A1的示数的示数,I2为电流表为电流表A2的示数的示数,且且I2的数值远大于的数值远大于I1的数的数值值),则由图线可得被测电源的电动势则由图线可得被测电源的电动势E=V,内阻内阻r=(计计算结果保留两位有效数字算结果保留两位有效数字).乙乙(3)若将图线的纵坐标改为若将图线的纵坐标改为,则图线在纵轴的截距的物则图线在纵轴的截距的物理含义为电源电动势理含义为电源电动势.答案答案:(1)变大变大(2)3.01.0(3)
15、I1R0【典例【典例4】为了测定电源电动势】为了测定电源电动势E、内阻、内阻r和定值电阻和定值电阻R0的阻值的阻值,某同学利用传感器设计了图甲所示的电路某同学利用传感器设计了图甲所示的电路,闭合开关闭合开关S,调节滑动调节滑动变阻器的滑片变阻器的滑片P向某一方向移动时向某一方向移动时,通过电压传感器通过电压传感器1、电压传感、电压传感器器2和电流传感器测得的数据和电流传感器测得的数据,用计算机分别描绘了图乙所示的用计算机分别描绘了图乙所示的M、N两条两条U-I直线直线,请回答下列问题请回答下列问题:甲甲乙乙(1)根据图乙中的根据图乙中的M、N两条直线可知两条直线可知,.A.直线直线M是根据电压
16、传感器是根据电压传感器1和电流传感器的数据绘得的和电流传感器的数据绘得的B.直线直线M是根据电压传感器是根据电压传感器2和电流传感器的数据绘得的和电流传感器的数据绘得的C.直线直线N是根据电压传感器是根据电压传感器1和电流传感器的数据绘得的和电流传感器的数据绘得的D.直线直线N是根据电压传感器是根据电压传感器2和电流传感器的数据绘得的和电流传感器的数据绘得的(2)根据图乙可以求得定值电阻根据图乙可以求得定值电阻R0=.(3)电源电动势电源电动势E=V,内阻内阻r=.解析解析:(1)定值电阻的定值电阻的U-I图像是正比例函数图线图像是正比例函数图线,一定经过原点一定经过原点,故故图线图线M是根据电压传感器是根据电压传感器2和电流传感器的数据绘得的和电流传感器的数据绘得的;而图线而图线N的电压随电流的增大而减小的电压随电流的增大而减小,故图线故图线N是由电压传感器是由电压传感器1和电流传和电流传感器的数据绘得的感器的数据绘得的,故选项故选项B、C正确正确,选项选项A、D错误错误.(2)由题图乙图线由题图乙图线M可知可知,R0=2.0.(3)由由U=E-Ir可知可知,图线图线N的纵截距表示电
