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1、第3节 实验：电池电动势和内阻的测量核心素养和关键能力1 .科学思维图像法描述物理量间的关系。对实验误差的分析推理能力。2 .科学探究实验原理设计和数据处理能力。核心素养和关键能力3 .科学思维图像法描述物理量间的关系。对实验误差的分析推理能力。4 .科学探究实验原理设计和数据处理能力。学习目标要求L掌握伏安法测电源电动势和内电阻的原理、实验方法和实验操作。2 .能够进行电路的设计和实物连接。3 .能够运用图像分析和处理实验数据。4 .能够对实验的误差做出分析。第1课时 伏安法测电池的电动势和内随阅读教材,梳理实验原理和方法阅读教材,梳理实验原理和方法,实验基础梳理一、实验目的L理解测量电源的
2、电动势和内阻的基本原理，体验测量电源的电动势和内阻的实验过程。2 .会用解析法和图像法求解电动势和内阻。3 .掌握利用仪器测量电源电动势和内阻的方法，并能设计简单的电路和选择仪器。二 实验原理由 = U+知，只要测出U、/的两组数据，就可以列出两个关于、厂的方程, 从而解出E、r ,电路图如下图。三、实验步骤根据描点法可知。一/图像如下图纵轴截距表示电源电动势，故=L48 Vo图像的斜率的绝对值表示电源内阻,故厂=cT Q=0.5Q。0.7o0答案（1）0 0.6 A。3V。20。（2）实验电路见解析（3）。-/图线见解析1.48 0.501 .电流表用。0.6 A量程，电压表用0 3 V量程
3、，按实验原理图连接好电路。2 .把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最大。3 .闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据、t/i）0 用同样的方法测量几组/、。值。4 .断开开关，整理好器材。5 .处理数据，用解析法和作图法求出电池的电动势和内阻。四、数据处理为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法：1 .公式法利用依次记录的多组数据（一般6组），分别记录如表所示：.图像法把测出的多组U、I值，在U-/图中描点画图像，使U - /图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如下图，由。=E-可知：F纵轴截距等于电源的电动势 ,横轴截距等于外电路短路时
4、的电流=图线斜率的绝对值等于电源的内阻二|罟|五、误差分析.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。1 .系统误差由于电压表分流/v，使电流表示数I小于电池的输出电流/真。/真=/ + /v ,而/v 二* , U越大，/V越大，它们的关系可用图表示。实测的图线为AB ,经过/V修 正后的图线为AB ,可看出AB的斜率绝对值和在纵轴上的截距都小于4B ,即实 测的E和厂都小于真实值。六、考前须知1 .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和内阻较大的电 压表。2 .实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池 大电流放电时内阻
5、r的明显变化。3 .假设干电池的路端电压变化不很明显，作图像时，纵轴单位可取得小一些,且纵 轴起点可不从零开始。如下图，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但 图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用二1管1求出。4 .为了提高测量的精确度，在实验中/、U的变化范围要大一些，计算及厂时,U1和。2、力和/2的差值要大一些。典例探究分析分析实验热点，培养探究能力一探究1科学探究之实验原理和仪器选择【例1】（2020攀枝花市十五中高二期中）某同学用伏安法测一节干电池的电动势 和内阻一，所给的器材有：A.电压表 V ： 0-3 V , 0-15VB.电流表 A ： 0 0.6 A
6、 , 0 3 AC.滑动变阻器Ri ： （20 Q , 1 A）D.滑动变阻器 Ri ： （1 000 Q , 0.1 A）E.开关S和导线假设干实验中电压表应选用的量程为（选填“03 V”或“015 V”）；电流表应选用的量程为（选填“00.6 A”或“03 A”）；滑动变阻器应选用 （选填Ri或R2）。根据实验要求完成下列图甲中的实物电路图连线。甲乙实验测得的6组数据已在U - /图像中标出，如图乙所示。请你根据数据点位置完成U-I图线，并由图线求出该电池的电动势E =V，内阻二Q （结论保存2位有效数字）解析（1） 一节干电池电动势约为1.5 V,那么电压表量程选：。3V；电路最大电流约
7、为零点几安，电流表应选用的量程为00.6A；为方便实验操作, 且外电压明显变化，变阻器应选小电阻，应选用。（2）伏安法测电源电动势与内阻实验，电压表测路端电压，电流表测电路电流，实 验电路图如下图。（3）根据坐标系内描出的点作出电源U/图像，如下图。由图示电源U/图像可知，图像与纵轴交点坐标值为1.5,那么电源电动势E=l.5V,电源内阻为厂=V,电源内阻为厂=AUa?1.0Q = 0.50 Q。答案。3 V 。0.6A Ri 实物电路图见解析图像见解析L5 0.50探究2科学探究之数据处理和误差分析【例2】（2020湖南衡阳八中高二期末）测定电源的电动势和内阻的实验电路和U-/图像如下：bb
8、现备有以下器材：A.干电池1个B.滑动变阻器(050 Q)C滑动变阻器(0 1 750 Q)D.电压表(03V)E.电压表(0 15 V)F.电流表(00.6 A)G.电流表(0 3 A)其中滑动变阻器应选,电流表应选电压表应选(填字母代号)。由U - I图像，由此可知这个干电池的电动势E =V ,电阻r = Qo由于电压表的分流作用使本实验电路存在系统误差，导致E测 E真,r测 r真(填，y，或“二)解析(1)因为电源是干电池1个，电动势约为1.5 V。为便于调节应选B滑动变 阻器。电流表指针尽可能半偏，因为G电流表(03 A)量程太大，故不选， 所以选F电流表(00.6 A)；电压表指针也
9、尽可能到达半偏，因为E电压表(0 15 V)量程太大，指针偏转不明显，所以电压表选D电压表。根据图像可得：电流最小接近零时图像与纵轴交点的数值就是电源电动势的 值：1.5V;根据闭合电路的欧姆定律公式可得：E=U外+，1.5 = 1.2+0.4厂,r=0.75 Qo(3)由电路图可知，相对于电源电流表采用外接法，由于电压表分流，电流测量值 小于真实值，外电路短路时，电流测量值等于真实值，电源的U/图像如图 所示：f U电源的u/图像与纵轴交点坐标值是电源电动势，图像斜率的绝对值是电源内 阻，由图像可知，电源电动势的测量值小于真实值，电源内阻测量值小于真 实值。答案 (1)B F D (2)1.
10、48 1.50 0.70 - 0.75 (3) 实验能力自测限时自测，逐点突破一1 .“利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误 差。应该选择的实验电路是图中的(填“甲或”乙)现有开关和导线假设干，以及以下器材:A.电流表(00.6 A)8.电流表(03人)C.电压表(015 V)D.电压表(03 V)E.滑动变阻器(010Q)F.滑动变阻器(0500 Q)实验中电流表应选用；电压表应选用；滑动变阻器应选用 o (选填相应器材前的字母)解析(1)如果用乙电路，误差来源于电流表的分压，测量时将电流表内阻当成电 源内阻的一局部，而电流表内阻与电源内阻很接近，故电源内阻测量
11、误差大; 用甲电路，误差来源于电压表的分流，因为电压表的内阻远大于滑动变阻器 的电阻，故电压表分流很小，测量引起的误差小，应选择甲电路图。电源电动势为L5V,因此电压表量程选择3V,应选D；因干电池允许通过的 电流较小，电流表量程选择0.6 A,应选A；为使电流表有较大角度的偏转， 需选用阻值小的滑动变阻器，应选E。答案(1)甲(2)A D E.某同学做“用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻”实验，可供选择的实验器材如下：A.1节干电池B.电流表,量程00.6 A , 03 AC.电压表，量程03 V ,015 VD.滑动变阻器020。、2 A ,滑动变阻器0500 Q、0.2 AE.开关一
12、个，导线假设干为了尽量得到较好效果,电流表量程应选电压表量程选滑动变阻器选O他采用如下图的实验电路进行测量。如图给出了做实验所需要的各种仪器。请你按电路图把它们连成实验电路。这位同学测量时记录了 5组数据，并将数据填入了以下表格中。请你根据这些数据在图上画出U-/图线。根据图线求出电池的电动势E =V ,内阻次数12345/(A)0.150.250.360.450.56u（v）1.401.351.301.251.20解析（1）一节干电池当电源，电路中的电流较小，应选电流表00.6A, 一节干电池的电压为1.5 V,应选电压表03 V,为了方便操作，应选小的滑动变阻器（020。）。（2）实物图如下图