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《第3節　實驗：電池電動勢和內阻的測量》導學案
學習目標:
1.掌握伏安法測電源電動勢和內電阻的原理、實驗方法和實驗操作。
2.能夠進行電路的設計和實物連接。
3.能夠運用圖像分析和處理實驗數據。
4.能夠對實驗的誤差做出分析。
一、實驗目的
1.理解測量兩節干電池的電動勢和內阻的基本原理，體驗測量電源的電動勢和內阻的實驗過程。
2.會用解析法和圖像法求解電動勢和內阻。
3.掌握利用儀器測量電源電動勢和內阻的方法，并能設計簡單的電路和選擇儀器。
二、實驗原理
由閉合電路歐姆定律 知：
電路圖如圖所示。
三、實驗步驟
1.電流表量程：
電壓表量程： 按實驗原理圖連接好電路。
2.把滑動變阻器的滑片移到 端，使其接入電路的阻值最 。
3.閉合開關，調節滑動變阻器接入電阻的阻值，使電流表有明顯的示數，記錄一組數據(I1、U1)。用同樣的方法測量幾組I、U值。
4.斷開開關，整理好器材。
四、數據處理
為減小測量誤差，本實驗常選用以下兩種數據處理方法。
1.公式法
利用依次記錄的多組數據(一般6組)，分別記錄如表所示：
實驗序號 1 2 3 4 5 6
I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6
U外/V U1 U2 U3 U4 U5 U6
分別將1、4組，2、5組，3、6組聯立方程組解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它們的平均值E＝ ，r＝ 作為測量結果。
2.圖像法
由 可知：
(1)縱軸截距 ，橫軸截距 。
(2)圖線斜率的絕對值 。
五、誤差分析
1.偶然誤差
主要來源于電壓表和電流表的讀數以及作U－I圖像時描點不準確。
2.系統誤差
由于電壓表分流IV，使電流表示數I小于電池的輸出電流I真。I真＝ ，
六、注意事項
1.為使電池的路端電壓有明顯變化，應選取內阻較大的舊干電池和內阻較大的電壓表。
2.實驗中不能將電流調得過大，且讀數要快，讀完后立即切斷電源，防止干電池大電流放電時內阻r明顯變化。
3.若干電池的路端電壓變化不很明顯，作圖像時，縱軸單位可取得小一些，且縱軸起點可不從零開始。如圖所示，此時圖線與縱軸交點仍為電池的電動勢E，但圖線與橫軸交點不再是短路電流，內阻要在直線上取較遠的兩點用r＝求出。
4.為了提高測量的精確度，在實驗中I、U的變化范圍要大一些，計算E、r時，U1和U2、I1和I2的差值要大一些。
例題：某同學用伏安法測一節干電池的電動勢E和內阻r，所給的器材有：
A.電壓表V：0～3 V，0～15 V
B.電流表A：0～0.6 A，0～3 A
C.滑動變阻器R1：(20 Ω，1 A)
D.滑動變阻器R2：(1 000 Ω，0.1 A)
E.開關S和導線若干
(1)實驗中電壓表應選用的量程為________(選填“0～3 V”或“0～15 V”)；電流表應選用的量程為________(選填“0～0.6 A”或“0～3 A”)；滑動變阻器應選用________(選填R1或R2)。
(2)根據實驗要求完成圖甲中的實物電路圖連線。
(3)實驗測得的6組數據已在U－I圖像中標出，如圖乙所示。請你根據數據點位置完成U－I圖線，并由圖線求出該電池的電動勢E＝________V，內阻r＝________Ω(結論保留2位有效數字)。
鞏固訓練： 在“用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內阻”的實驗，供選用的器材有：
A.電流表(量程：0～0.6 A，RA＝1 Ω)
B.電流表(量程：0～3 A，RA＝0.6 Ω)
C.電壓表(量程：0～3 V，RV＝5 kΩ)
D.電壓表(量程：0～15 V，RV＝10 kΩ)
E.滑動變阻器(0～10 Ω，額定電流1.5 A)
F.滑動變阻器(0～2 kΩ，額定電流0.2 A)
G.待測電源(一節一號干電池)、開關、導線若干
(1)請在下邊虛線框中畫出本實驗的電路圖。
(2)電路中電流表應選用________，電壓表應選用________，滑動變阻器應選用________(均用字母代號填寫)。
(3)如圖所示為實驗所需器材，請按原理圖連接成正確的實驗電路。
在測量電源電動勢和內阻的實驗中，實驗室提供了如下器材和參考電路：
電壓表V1(量程3 V，內阻約6 kΩ)
電壓表V2(量程1 V，內阻約6 kΩ)
電流表A1(量程0.6 A，內阻約0.1 Ω)
電流表A2(量程2 mA，內阻約1 Ω)
滑動變阻器R1(最大阻值3 kΩ)
滑動變阻器R2(最大阻值10 Ω)
定值電阻R3(阻值1 Ω)
開關，導線若干
(1)甲同學想要測量馬鈴薯電池的電動勢(約1.0 V)和內阻(約500 Ω)。選用合適器材后，應選擇最優電路________(填寫參考電路對應的字母)進行測量。
(2)乙同學想要測量一節新干電池的電動勢和內阻。選用合適器材后，應選擇最優電路________(填寫參考電路對應的字母)進行測量。
(3)乙同學將測得的數據在坐標紙上描點如圖。請畫出U－I圖象，并求出電動勢E為________ V，內阻r為________ Ω(小數點后保留2位)。

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