人教版選修(3-1)《實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻》學(xué)案1

最新人教版選修(31)實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi) 阻學(xué)案1節(jié) 測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻學(xué)案 學(xué)習(xí)目標(biāo)：(一)知識(shí)與技能1、了解并掌握測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理和實(shí)驗(yàn)方法。2、學(xué)習(xí)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(二)過(guò)程與方法通過(guò)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(jià)值觀理解和掌握運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段處理物理問(wèn)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(shí)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(duì)物理學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī) 和興趣。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：掌握實(shí)驗(yàn)原理和方法，學(xué)會(huì)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：用圖象法處理實(shí)驗(yàn)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(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原來(lái)就是閉合電路歐姆定律，對(duì)于一個(gè)給定的電池，電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(gè)關(guān)系式，你可以利用哪些實(shí)驗(yàn)器材來(lái)測(cè)定電源的 電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r?畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。3 .根據(jù)閉合電路歐姆定律，可以寫出電源電動(dòng)勢(shì) 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(gè)關(guān)系式，你可以利用哪些實(shí)驗(yàn)器材來(lái)測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r?畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。同步導(dǎo)學(xué)：1 .實(shí)驗(yàn)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(dòng)勢(shì)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(shí)，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(shí)驗(yàn)器材：本實(shí)驗(yàn)需要的實(shí)驗(yàn)器材有3 .實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(cè)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(xiàng)：(1)實(shí)驗(yàn)電路圖：安培表和滑動(dòng)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(guò)一段時(shí)間)的干電池 ，在本實(shí)驗(yàn)中不要把電流調(diào)得過(guò) _ 每次讀完示數(shù)后立即斷丘(4)在畫U-I圖象時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上，或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)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(shí)路端電壓U的變化也較小，即不會(huì)比電動(dòng)勢(shì)小很多。這時(shí)，在畫U-I圖線時(shí)，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測(cè)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(shí)圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是 電流 電源的。5 .誤差分析：實(shí)驗(yàn)中的誤差屬于系統(tǒng)誤差，因?yàn)殡妷罕淼?作用所以I真=1測(cè)+ Iv而工V - i 隨U t * Iv t 即(I真-I測(cè))T，反映在圖線上：當(dāng) U=0 時(shí),1V0 I一I 真故r真 r測(cè)E真 E測(cè),不過(guò)直線斜率的大小照樣還是例1在用電流表和電壓表測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)電 路.讀出電池的電動(dòng)勢(shì) 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(jiàn)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(shí)物原理圖將實(shí)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(diǎn)描跡如右下圖，連直線時(shí)第四組數(shù) 據(jù)（0.32A,1.18V）標(biāo)出的點(diǎn)應(yīng)該舍去不顧，然后將直線延長(zhǎng)，交U軸于Ui=1.46V （1.441.48 也對(duì)），此即為電源電動(dòng)勢(shì)；交 I軸于I=0.64A,注意此時(shí)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(duì)）。0.64例2用一只電流表和一只電壓表測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)電路有如圖所示的甲、乙兩種，采用甲圖測(cè)定E和r時(shí)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差主要是由于 ;采用乙圖測(cè)定 E和r時(shí)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(shí)應(yīng)采用 電 路。甲乙解析：采用甲圖時(shí)系統(tǒng)誤差主要是由于電壓表分流，這時(shí)電流表的示數(shù)比干路電流??；采用乙圖時(shí)系統(tǒng)誤差主要是由于電流表分壓，這時(shí)電壓表的示數(shù)比路端電壓?。划?dāng) R遠(yuǎn)小于Rv時(shí)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(guò)測(cè)量計(jì)算這節(jié) 電池的電動(dòng)勢(shì)（已知電動(dòng)勢(shì)不超出電壓表的量程 ，干電池不許 拆開）.畫出你測(cè)量時(shí)所用的電路圖； QJ以測(cè)得的量作 為已知量，導(dǎo)出計(jì)算電動(dòng)勢(shì)的式子|解析：測(cè)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(dòng)勢(shì)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(shí)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(gè)未知量，從和式中消去，所以電源電動(dòng)勢(shì)為 E= UaUb ,RAU A -U A同步檢測(cè)：一、公共部分：1 .在測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，待測(cè)電池、開關(guān)和導(dǎo)線配合下列哪些儀器.可以達(dá)到測(cè)定目的（）A. 一只電流表和一只滑動(dòng)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(cè)電池電動(dòng)勢(shì)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(jiǎn)便的方法是（）A .測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)出開路時(shí)的路端電壓即為電壓勢(shì)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(gè)，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(cè)量一干電池（電動(dòng)勢(shì)約 1.5V）的電動(dòng)勢(shì)。（1）按要求在實(shí)物圖上連線。（2）用已知量和直接測(cè)得量表示的待測(cè)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為E=，式中各直接測(cè)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(cè)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(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻時(shí) ，如果偶 然誤差可以忽略不計(jì)，則電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值 真實(shí)值，內(nèi)電阻的測(cè)量值 真 實(shí)值，測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因是.3 .在測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，備有下列器材：干電池E （電動(dòng)勢(shì)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(dòng)變阻器R1 （010。、10A）滑動(dòng)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(cè)量，其中應(yīng)選用的滑動(dòng)變阻器是 （填寫字母代請(qǐng)?jiān)诰€框內(nèi)畫出你所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖，并在圖中標(biāo)上所選用器材的符號(hào)（3）上圖為某一同學(xué)根據(jù)他設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，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(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)E =V,內(nèi)電阻r =夏。4 .在測(cè)定一節(jié)干電池（電動(dòng)勢(shì)約為1.5V,內(nèi)阻約為2。）的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，變阻器和 電壓表各有兩個(gè)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(gè)蘋果內(nèi)，就構(gòu)成了簡(jiǎn)單的“水果電池”，其電動(dòng)勢(shì)約為1.5V。可是這種電池并不能點(diǎn)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(guò)小燈泡的電流太小了 ，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等實(shí)驗(yàn)器材，盡量精確地測(cè)定“水果電池”的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.（1）請(qǐng)畫出應(yīng)采用的電路原理。（2）滑動(dòng)變阻器有兩種規(guī)格：A （010Q）、B （03kQ）。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該選用哪種規(guī)格的滑動(dòng)變阻器 ？為什么？（3）在實(shí)驗(yàn)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(diǎn)、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(dòng)勢(shì)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(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.實(shí)驗(yàn)中電表內(nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響很小，均可以忽略不計(jì).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(guò)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(guò)程中，電壓表V2的示數(shù)一直增大，可知滑動(dòng)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(shí)物圖中各元件按圖（1）連接成實(shí)驗(yàn)電路；（3）通過(guò)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(dòng)勢(shì) E=，內(nèi)阻r = （用圖中給出的坐標(biāo)值表示）.第九節(jié) 測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻參考答2.要求測(cè)量由2節(jié)干電池串聯(lián)而成的電池組的電動(dòng)勢(shì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)誤差，上述實(shí)驗(yàn)在選擇器材和實(shí)驗(yàn)步驟中，應(yīng)做哪些改進(jìn)？3.測(cè)量電源B的電動(dòng)勢(shì)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(dòng)變阻器R牙關(guān)S,導(dǎo)線若干。 畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖。圖中各無(wú)件需用題目中給出的符號(hào)或字母標(biāo)出。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電流表讀數(shù)為Ii時(shí),電壓表讀數(shù)為 Ui；當(dāng)電流表讀數(shù)為I2時(shí)，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(dòng)勢(shì)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(cè)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(shí)的電流，12是外電阻為Ri和R2串聯(lián)時(shí)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(guò)大，誤差較大；A,B變阻器額定電流過(guò)小且調(diào)節(jié)不便。5、 （i）如右圖（2）應(yīng)選0i0的，因?yàn)榛瑒?dòng)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(gè)U的值，由I = U/R計(jì)算出電流的值，然后作出U I圖線,3、實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖。令 I lU 2 - I 2U 1I1 - I2I1 - I 2