2024版新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律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

3．实验：电池电动势和内阻的测量核心素养定位物理观念理解测定电源的电动势与内阻的实验原理．科学思维学会利用U­I图像处理数据并得出电源电动势和内阻，进一步体会利用图像进行数据处理的方法．科学探究在理解实验原理的基础上，能完成测电源的电动势与内阻的规范实验操作．科学态度与责任尝试分析电源电动势和内阻的测量误差，了解实验中减小误差的方法．导学·掌握必备知识共研·突破关键能力精练·落实学科素养导学·掌握必备知识一、实验思路如图所示，根据闭合电路的_________，电源电动势E、内阻r，与路端电压U、电流I的关系可以写成E＝U＋Ir，测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从中解出E和r.因此，用________、________加上一个____________，就能测定电源的电动势E和内阻r.欧姆定律电压表电流表滑动变阻器二、物理量的测量1．选用合适的量程，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，使其接入电路的阻值最大．

保护电路元件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(I1，U1)，用同样的方法测量几组U、I值．4．断开开关，整理好器材．5．处理数据，用公式法和作图法求出电源的电动势和内阻．

偶然误差较大三、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：主要原因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，将测量结果与真实情况在U­I坐标系中表示出来，如图所示，可见E测<E真，r测<r真．四、注意事项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________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，防止干电池因大电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化．当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像，纵轴起点可不从零开始，纵轴单位可取得小一些．如图所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的__________，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r＝________求出．较大电动势E

共研·突破关键能力

【典例】——————————————————○例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．(1)应该选择的实验电路是图中的_____(选填“甲”或“乙”)．(2)现有开关和导线若干，以及以下器材：A．电流表(0～0.6A)B．电流表(0～3A)C．电压表(0～15V)D．电压表(0～3V)E.滑动变阻器(0～10Ω)F．滑动变阻器(0～500Ω)实验中电流表应选用_____；电压表应选用________；滑动变阻器应选用________．(选填相应器材前的字母)甲ADE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部分，而电流表内阻与电源内阻很接近，故电源内阻测量误差大；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，故选择甲电路图．(2)电源电动势为1.5V，因此电压表量程选择3V，故选D；因干电池电阻约为几欧姆，则电路中的最大电流约为零点几安，电流表量程选择0.6A，故选A；为使电流表有较大角度的偏转，需选用全阻值小的滑动变阻器，故选E.例2某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5Ω的保护电阻R0，实验电路如图甲所示．(1)请按图甲电路原理图把图乙实物电路利用笔画线代替导线连接起来．(2)该同学顺利完成实验，测得如表所示的数据，请根据数据在图丙坐标系中画出U­-I图像．由图知，电池的电动势为_______，内阻为______．(结果均保留两位有效数字)I/A0.100.170.230.30U/V1.201.000.800.601.5V0.52Ω

(3)考虑电表本身电阻对测量结果的影响，造成本实验系统误差的原因是_________________________________________________________.(4)实验所得的电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较：E测________E真，r测________r真．(均选填“>”“<”或“＝”)电压表的分流作用<<解析：(3)电流表所测的电流小于通过电池的电流，因为电压表的分流作用．(4)保护电阻等效到电池的内部，电压表测的电压为外电压，电流表所测的电流偏小，作出U-I图线的测量图线和实际图线，如图丙所示，虚线表示实际图线，从图线可以看出，电动势和内阻的测量值均小于真实值．[训练1]

[2023·浙江6月]在“测量干电池的电动势和内阻”实验中(1)部分连线如图甲所示，导线a端应连接到________(选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上．正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图乙所示，其示数为________V.B1.20(2)测得的7组数据已标在如图丙所示U­I坐标系上，用作图法求干电池的电动势E＝________V和内阻r＝________Ω.(计算结果均保留两位小数)1.501.04

[训练2]一位同学用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r，所用电路如图甲所示，测得的6组数据如下表所示．(1)试根据这些数据在图乙中作出U-I图线．序号123456电流I/A0.120.200.310.320.500.57电压U/V1.371.321.241.181.101.05(2)根据作出的图线求出电池的电动势E＝______V，电池的内阻r＝________Ω.(3)若该同学未画出图线，只选用其中相邻两组U和I数据，利用公式E＝U＋Ir算出E和r，这样做可能得出误差较大的结果．当选用的数据中包含第________组数据时，求得E、r的误差最大．1.460.714

目标二伏阻法和安阻法测电源电动势和内阻【归纳】——————————————————○方案一：伏阻法(用电阻箱、电压表)测定(1)实验电路如图所示．

例3为了测量由两节干电池组成的电源的电动势和内电阻，某同学设计了如图甲所示的实验电路，其中R为电阻箱，R0＝5Ω为保护电阻．(1)按照图甲所示的电路图，将图乙所示的实物连接成实验电路．

2.91.1

方案二：安阻法(用电阻箱、电流表)测定(1)实验电路如图所示．

例4一同学测量某干电池的电动势和内阻．(1)如图所示是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：①________；②_____________．开关闭合电阻箱阻值为零

R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.266.75.95.34.53.8371.2(3)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所示，则该干电池的电动势应为________V，内阻应为________Ω.1.371.0

24

0.801.071.301.471.802.270.20.50.81.01.52.0偏小1.671.39

精练·落实学科素养1．在甲、乙实验电路中，电源有内阻．图丙、丁是由电流表和电压表测的数据绘制的U-I图像．下列说法正确的是(

)

答案：D

2．为了测量一节干电池的电动势和内阻，某同学采用了伏安法．现备有下列器材A．被测干电池一节B．电流表1：量程0～0.6A，内阻约为0.1ΩC．电流表2：量程0～0.6A，内阻r＝0.3ΩD．电压表1：量程0～3V，内阻未知E．电压表2：量程0～15V，内阻R＝2kΩF．滑动变阻器1：0～10Ω，额定电流2AG．滑动变阻器2：0～100Ω，额定电流1AH．开关、导线若干在用伏安法测电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差．在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻．(1)在上述器材中电流表应选择________(填写选项前的字母)；(2)实验电路图应选择图中的________(选填“甲”或“乙”)；C甲(3)若某次电压表读数如图，则此电压为U＝____V；(4)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U-I图像，则该干电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.1.291.50.7

3．某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确．电压表(量程0～3V，内阻约为3kΩ)电流表(量程0～0.6A，内阻约为1Ω)滑动变阻器(0～20Ω，额定电流1A)待测电池组(电动势约为3V，内阻约为1Ω)开关、导线若干(1)该小组连接的实物电路如图甲所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号是________．(2)改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的________端．(选填“a”或“b”)5a(3)实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显．为了解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5Ω的电阻，之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出U-I图像，如图乙所示．根据图像可知，电池组的电动势为________V，内阻为________Ω.(结果均保留两位有效数字)2.90.80

4．[2023·湖北卷]某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图甲所示电路，所用器材如下：电压表(量程0～3V，内阻很大)；电流表(量程0～0.6A)；电阻箱(阻值0～999.9Ω)；干电池一节、开关一个和导线若干．(1)根据图甲，完成图乙中的实物图连线．

1.580.642.5偏小

5．某同学分别用图1甲和图1乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻．(1)请画出图乙的电路图；(2)某次测量时电流表和电压表的示数如图2所示，则电流I＝________A，电压U＝________V；(3)实验得到如图3所示的两条直线，图中直线Ⅰ对应电路是图1_____(选填“甲”或“乙”)；(4)该电池的电动势E＝________V(保留三位有效数字)，内阻r＝________Ω(保留两位有效数字)．0.401.30乙1.520．53解析：(2)测电池的电动势和内阻所用电流表量程为0～0.6A，电压表量程为0～3V，则两表示数分别为0.40A(0.39A～0.41A都正确)、1.30V(1.29V～1.31V均正确)．(3)由E＝U＋Ir，得U＝－Ir＋E，即Ⅰ、Ⅱ两图线的斜率的绝对值表示电源内阻，且rⅡ>rⅠ.题图甲中由于电流表的分压作用，所测电阻为电源内阻与电流表电阻的和，r甲测>r；题图乙中由于电压表的分流作用，所测电阻为电源内阻与电压表电阻的并联值，r乙测<r.故直线Ⅰ对应乙电路，直线Ⅱ对应甲电路．(4)由图像可知，电源内阻较小，测一节干电池的电动势与电阻应采用乙电路，将直线Ⅰ延长，与纵轴的截距表示电动势，E＝1.52V(1.51V～1.54V均正确)；从直线Ⅰ上取两点代入E＝U＋Ir，或利用图线的斜率可得电池内阻r＝0.53Ω(0.52Ω～0.54Ω均正确)．6．同学有个超霸(GP)9V电池如图甲所示，他欲测量该电池的电动势和内阻(内阻约为25Ω)．提供的器材如下：电流表A(量程为0～200μA，内阻为500Ω)，开关S，电阻箱R1(最大阻值为9999.9Ω)，电阻箱R2(最大阻值为99999.9Ω)和若干导线．(1)由于电流表A的量程太小，需将电流表A改装成量程为0～9V的电压表V，则电流表A应与电阻箱________(选填“R1并联”“R1串