人教版選修(3-1)《實驗：測定電池的電動勢和內(nèi)阻》學(xué)案1

最新人教版選修(31)實驗：測定電池的電動勢和內(nèi) 阻學(xué)案1節(jié) 測定電池的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案 學(xué)習(xí)目標(biāo)：(一)知識與技能1、了解并掌握測定電池的電動勢和內(nèi)阻的原理和實驗方法。2、學(xué)習(xí)用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)。(二)過程與方法通過設(shè)計電路和選擇儀器，開闊思路，激發(fā)興趣。養(yǎng)成規(guī)范操作實驗并能科學(xué)、合理地處 理數(shù)據(jù)的習(xí)慣。(三)情感、態(tài)度與價值觀理解和掌握運用實驗手段處理物理問題的基本程序和技能 ，具備敢于質(zhì)疑的習(xí)慣、嚴(yán)謹(jǐn) 求實的態(tài)度和不斷求索的精神，培養(yǎng)觀察能力、思維能力和操作能力，提高對物理學(xué)習(xí)的動機(jī) 和興趣。學(xué)習(xí)重點：掌握實驗原理和方法，學(xué)會處理實驗數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)難點：用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)。自主學(xué)習(xí)：1 .閉合電路歐姆定律的內(nèi)容2 .測定電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗原來就是閉合電路歐姆定律，對于一個給定的電池，電動勢和內(nèi)阻是一定的，由閉合電路歐姆定律可以寫出電源電動勢E、內(nèi)電阻r與路端電壓U、電流I的關(guān)系式，為。根據(jù)這個關(guān)系式，你可以利用哪些實驗器材來測定電源的 電動勢E和內(nèi)電阻r?畫出實驗電路圖。3 .根據(jù)閉合電路歐姆定律，可以寫出電源電動勢 E、內(nèi)電阻r與電路電流I、電路外電阻 R的關(guān)系式，為。根據(jù)這個關(guān)系式，你可以利用哪些實驗器材來測定電源的電動勢E和內(nèi)電阻r?畫出實驗電路圖。同步導(dǎo)學(xué)：1 .實驗原理：由閉合電路的歐姆定律I=E/ (R + r)可得： U = EIr,式中E、r為電源電動勢和內(nèi)電阻,在電路中不隨外電阻的變化而改變。當(dāng)外電阻R變化時，路端電壓U及電路中的電流I將發(fā)生改變。如改變外電阻，求得n組U、I值，即可由公式法或圖象法求得E、r。2 .實驗器材：本實驗需要的實驗器材有3 .實驗步驟：(1)確定電流表、電壓表的量程 ，按照電路原理圖把器材連接好。(2)把滑動變阻器滑片移到電阻最 的一端。(3)閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，記錄一組電壓表和電流表的讀數(shù) ，用同 樣方法測量并記錄幾組 I、U值。10 / 9(4)斷開電鍵，整理好器材。(5)數(shù)據(jù)處理：在坐標(biāo)紙上作U I圖，求出E、r4 .注意事項：(1)實驗電路圖：安培表和滑動變阻器串聯(lián)后與伏特表并聯(lián)。(2)安培表一般選 00.6A伏特表一般選 03V檔。(3)應(yīng)選用內(nèi)阻 _一些(用過一段時間)的干電池 ，在本實驗中不要把電流調(diào)得過 _ 每次讀完示數(shù)后立即斷丘(4)在畫U-I圖象時，要使較多的點落在這條直線上，或使各點均勻分布在直線的兩側(cè)。個別偏離直線太遠(yuǎn)的點可舍去不予考慮。這樣，就可以使偶然誤差得到部分抵消，從而提高精確度。(5)干電池內(nèi)阻較小時路端電壓U的變化也較小，即不會比電動勢小很多。這時，在畫U-I圖線時，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始(橫坐標(biāo)I必須從零開始)。但這時圖線和橫軸的交點不再是 電流 電源的。5 .誤差分析：實驗中的誤差屬于系統(tǒng)誤差，因為電壓表的 作用所以I真=1測+ Iv而工V - i 隨U t * Iv t 即(I真-I測)T，反映在圖線上：當(dāng) U=0 時,1V0 I一I 真故r真 r測E真 E測,不過直線斜率的大小照樣還是例1在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，所用電流表和電壓表的內(nèi)阻分別為0.1 和1k下面分別為實驗原理圖及所需的器件圖(1)試在右上圖中畫出連線，將器件按原理圖連接成實驗電 路.讀出電池的電動勢 E=_V,根據(jù)圖象求出電池內(nèi)阻r=_Q.I(A)0.120.200.310.32U(V)1.371.321.241.18(2) 一位同學(xué)記錄的 6組數(shù)據(jù)見表.試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在下圖中畫出U-I圖線根據(jù)圖象0.500.571.101.05*u/vE -U2r解析：（1）按照實物原理圖將實物連接如左下圖。（2）根據(jù)表格中U、I數(shù)據(jù),在方格紙U-I坐標(biāo)上找點描跡如右下圖，連直線時第四組數(shù) 據(jù)（0.32A,1.18V）標(biāo)出的點應(yīng)該舍去不顧，然后將直線延長，交U軸于Ui=1.46V （1.441.48 也對），此即為電源電動勢；交 I軸于I=0.64A,注意此時U2=1.00V,由閉合電路歐姆定律得1.46-1.00C=0.72C （0.67 0.77 也對）。0.64例2用一只電流表和一只電壓表測電池電動勢和內(nèi)電阻的實驗電路有如圖所示的甲、乙兩種，采用甲圖測定E和r時產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差主要是由于 ;采用乙圖測定 E和r時產(chǎn) 生的系統(tǒng)誤差主要是由于 為了減小上述系統(tǒng)誤差，當(dāng)R遠(yuǎn)小于Rv時應(yīng)采用 電 路。甲乙解析：采用甲圖時系統(tǒng)誤差主要是由于電壓表分流，這時電流表的示數(shù)比干路電流?。徊捎靡覉D時系統(tǒng)誤差主要是由于電流表分壓，這時電壓表的示數(shù)比路端電壓小；當(dāng) R遠(yuǎn)小于Rv時應(yīng)米用圖甲電路例3有兩只電壓表 A和B,量程已知，內(nèi)阻不知等于多少；另有一節(jié)干電池，它的內(nèi)阻不能忽略，但不知等于多少.只用這兩只電壓表、開關(guān)和一些連接用的導(dǎo)線，能通過測量計算這節(jié) 電池的電動勢（已知電動勢不超出電壓表的量程 ，干電池不許 拆開）.畫出你測量時所用的電路圖； QJ以測得的量作 為已知量，導(dǎo)出計算電動勢的式子|解析：測量電路如圖所示.設(shè)電壓表的內(nèi)阻為 Ra和Rb,電池的電動勢為 E,內(nèi)阻為r|先將電壓表A串聯(lián)接入電路中，記下其示數(shù)Ua.根據(jù)歐姆定律，有e=Ua+12 rRa然后，將電壓表A、B同時串聯(lián)接入電路中，記下兩表的示數(shù) Ua和Ub,同理又有E=Ua+)B、Ea>Eb,ra<rbRa將L等效為一個未知量，從和式中消去，所以電源電動勢為 E= UaUb ,RAU A -U A同步檢測：一、公共部分：1 .在測定電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，待測電池、開關(guān)和導(dǎo)線配合下列哪些儀器.可以達(dá)到測定目的（）A. 一只電流表和一只滑動變阻器B. 一只電流表和一只電壓表C. 一只電流表和一只電阻箱D. 一只電壓表和一只電阻箱2.下面給出多種用伏安法測電池電動勢和內(nèi)電阻的數(shù)據(jù)處理方法，其中既減小偶然誤差，又直觀、簡便的方法是（）A .測出兩組I,U的數(shù)據(jù)，代入方程組E=Ui+lir和E=U2+I2r中，即可求出E和rB.多測幾組I,U的數(shù)據(jù)，求出幾組E,r,最后分別求出其平均值C.測出多組I,U的數(shù)據(jù)，畫出uI圖像,再根據(jù)圖像求E,rD.多測出幾組I,U數(shù)據(jù)，分別求出I和U的平均值，用電壓表測出開路時的路端電壓即為電壓勢E,再用閉合電路歐姆定律求出內(nèi)電阻r3.現(xiàn)有器材：量程為 10.0mA、內(nèi)阻約30C -40c的電流表一個，定值電阻Ri=150C,定 值電阻R2=100C,單刀單擲開關(guān) S,導(dǎo)線若干。要求利用這些器材測量一干電池（電動勢約 1.5V）的電動勢。（1）按要求在實物圖上連線。（2）用已知量和直接測得量表示的待測電動勢的表達(dá)式為E=，式中各直接測得量的意義是：二、選用部分：（一）基礎(chǔ)部分1 .用電壓表、電流表測定 a、 畫出的圖線如圖所示，則（A、.Ea>Eb,ra>rbC、Ea<Eb,ra>rbD、Ea<Eb,ra<rb2 .在圖所示白電路中，Ri、R2為標(biāo)準(zhǔn)電阻，測定電源電動勢和內(nèi)電阻時 ，如果偶 然誤差可以忽略不計，則電動勢的測量值 真實值，內(nèi)電阻的測量值 真 實值，測量誤差產(chǎn)生的原因是.3 .在測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，備有下列器材：干電池E （電動勢約為1.5V、內(nèi)電阻大約為1.0Q）電壓表V （015V） 電流表A （00.6A、內(nèi)阻0.1 C ）電流表G （滿偏電流3mA、內(nèi)阻Rg=10Q ） 滑動變阻器R1 （010。、10A）滑動變阻器R2（0100C、1A）定值電阻R3=990C開關(guān)、導(dǎo)線若干為了方便且能較準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，其中應(yīng)選用的滑動變阻器是 （填寫字母代請在線框內(nèi)畫出你所設(shè)計的實驗電路圖，并在圖中標(biāo)上所選用器材的符號（3）上圖為某一同學(xué)根據(jù)他設(shè)計的實驗，繪出的I112圖線（I1為電流表G的示數(shù)，12為電流表A的示數(shù)），由圖線可求得被測電池的電動勢E =V,內(nèi)電阻r =夏。4 .在測定一節(jié)干電池（電動勢約為1.5V,內(nèi)阻約為2。）的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，變阻器和 電壓表各有兩個供選： A電壓表量程為15V,B電壓表量程為3V,A變阻器為（20C,3A）,B變阻 器為（500Q0.2A）。電壓表應(yīng)該選 （填A(yù)或B）,這是因 ,變阻器應(yīng)該選 （填A(yù)或B）,這是因5 .將一銅片和一鋅片分別插入一個蘋果內(nèi)，就構(gòu)成了簡單的“水果電池”，其電動勢約為1.5V。可是這種電池并不能點亮手筒上額定電壓為1.5V、額定電流為0.3A的小燈泡，原因是通過小燈泡的電流太小了 ，經(jīng)實驗測得還不足 3mA o現(xiàn)使用量程合適的電壓表、電流表以及滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等實驗器材，盡量精確地測定“水果電池”的電動勢和內(nèi)阻.（1）請畫出應(yīng)采用的電路原理。（2）滑動變阻器有兩種規(guī)格：A （010Q）、B （03kQ）。實驗中應(yīng)該選用哪種規(guī)格的滑動變阻器 ？為什么？（3）在實驗中根據(jù)電壓表的示數(shù)U與電流表的示數(shù)I的值，經(jīng)描點、連線得到的一 I圖象如圖所示。根據(jù)圖中所給數(shù)據(jù)，得到“水果電池”的電動勢和內(nèi)阻分別為E= V, r=Q。（二）提高部分1.某同學(xué)利用如圖（1）所示電路測定電源的電動勢和內(nèi)阻.實驗中電表內(nèi)阻對實驗結(jié)果的影響很小，均可以忽略不計.閉合電鍵 S后,變阻器的滑片P由變阻器的一端滑到另一端的過程中，兩電壓表示數(shù)隨電流表示數(shù)變化情況分別如圖（2）的U-I圖象中直線a、b所（1）若滑片P由變阻器的一端滑到另一端的過程中，電壓表V2的示數(shù)一直增大，可知滑動端P由 端滑到 端；（用電路圖中的字母表示）（2）用畫線代表導(dǎo)線，將上面實物圖中各元件按圖（1）連接成實驗電路；（3）通過分析可知，其中圖（2）中圖線 （填a或b）表示電壓表V1示數(shù)隨電 流表A示數(shù)變化關(guān)系；（4）根據(jù)U-I圖象中坐標(biāo)軸所標(biāo)出的數(shù)據(jù) ，可以求出電源電動勢 E=，內(nèi)阻r = （用圖中給出的坐標(biāo)值表示）.第九節(jié) 測定電池的電動勢和內(nèi)阻參考答2.要求測量由2節(jié)干電池串聯(lián)而成的電池組的電動勢E和內(nèi)阻r （約幾歐），提供下列器材：電壓表 V （量程3V,內(nèi)阻1kQ）、電壓表 V2 （量程15V,內(nèi)阻 2kQ）、電阻箱（0 9999 Q）、開關(guān)、導(dǎo)線若干。某同學(xué)用量程為15 V的電壓表連接成如圖所示的電路，實驗步驟如下：（1）合上開關(guān)S,將電阻箱R阻值調(diào)到Ri= 10讀得電壓表的讀數(shù)為 Ui（2）將電阻箱 R阻值調(diào)到R2= 20讀得電壓表的讀數(shù)為 6,由方程組Ui =s Ui r/R i U2= s U 2/R2 解出 & r為了減少實驗誤差，上述實驗在選擇器材和實驗步驟中，應(yīng)做哪些改進(jìn)？3.測量電源B的電動勢E及內(nèi)阻r （E約為4.5V,r約為1.5 Q。器材：量程3V的理想電壓表量程0.5A的電流表 （具有一定內(nèi)阻），固定 電阻R=4Q,滑動變阻器R牙關(guān)S,導(dǎo)線若干。 畫出實驗電路原理圖。圖中各無件需用題目中給出的符號或字母標(biāo)出。實驗中，當(dāng)電流表讀數(shù)為Ii時,電壓表讀數(shù)為 Ui；當(dāng)電流表讀數(shù)為I2時，電壓 表讀數(shù)為U2。則可以求出 E=,r=。（用Ii,l2,Ui,U2及R表示）案自主學(xué)習(xí)i、閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電子成反比。U2、E =U + r R3、E =IR +lr4、E =U +lr同步檢測一、公共部分：i、CD 2、C3、 （i）連圖：左圖只用 Ri接入電路；右圖用 Ri和R2串聯(lián)接入電路。（2）lil2 R2 li是外電阻為Ri時的電流，12是外電阻為Ri和R2串聯(lián)時的電li _ |2流二、選用部分：（一）基礎(chǔ)部分i、A2、等于，大于電流表具有內(nèi)電阻3、Ri；電路圖如右圖所示； i.47 （i.46i.48 均可）;0.83 （0.8i0.85 均可）4、B,A電壓表的量程過大，誤差較大；A,B變阻器額定電流過小且調(diào)節(jié)不便。5、 （i）如右圖（2）應(yīng)選0i0的，因為滑動變阻器阻值太大不便調(diào)節(jié)。（3） i.49; 0.50（二）提高部分1、2.答案：（1） d,c； （2）如圖連接；(3) a;4 E.U1I2-U2I1I 2 - I 1U1 _U2r 二.I 2 - I 12、應(yīng)選用量程為3V的電壓表.改變電阻箱阻值 R,讀取若干個U的值，由I = U/R計算出電流的值，然后作出U I圖線,3、實驗電路原理圖如圖。令 I lU 2 - I 2U 1I1 - I2I1 - I 2