【優(yōu)化方案】高二物理 第2章第五節(jié)測量電源的電動勢和內阻課件 教科

第五節(jié)學生實驗：測量電源的電動勢和內阻課標定位學習目標：1.知道測量電源電動勢和內阻的實驗原理，進一步感受電源路端電壓隨電流變化的關系．2．經(jīng)歷實驗過程，掌握實驗方法，學會根據(jù)圖像合理外推進行數(shù)據(jù)處理的方法．3．嘗試進行電源電動勢和內阻測量誤差的分析，了解測量中減小誤差的方法．重點難點：利用圖像法求電源的電動勢和內阻；實驗誤差分析．

核心要點突破課堂互動講練知能優(yōu)化訓練第五節(jié)學生實驗：測量電源的電動勢和內阻課前自主學案課前自主學案一、實驗目的1．知道測電源電動勢和內阻的實驗原理．進一步感受電源路端電壓隨電流變化的關系．2．經(jīng)歷實驗過程，掌握實驗方法，學會根據(jù)圖像合理外推進行數(shù)據(jù)處理的方法．3．嘗試進行電源電動勢和內阻測量誤差的分析，了解測量中減小誤差的方法．4．培養(yǎng)仔細觀察、真實記錄實驗數(shù)據(jù)等良好的實驗習慣和實事求是的科學品質．滑動變阻器一只鉛筆電壓表電流表圖2－5－1二、實驗器材待測電池一節(jié)，電流表(0～0.6A)、電壓表(0～3V)各一塊，_______________，開關一只，導線若干，_____，坐標紙．三、實驗原理1．電動勢E和內阻r及路端電壓U可以寫成E＝U＋Ir，如果能得到U、I兩組數(shù)據(jù)，就能解得電動勢和內電阻，用_______和______加上一個滑動變阻器就能測定電源的電動勢和內電阻．如圖2－5－1甲所示．電流表電阻箱電壓表電阻箱四、實驗步驟1.確實電流表、電壓表的量程，按實驗電路圖連接好電路，并將滑動變阻器的滑片移到使接入電路的阻值為________的一端．2．閉合開關S，接通電路，將滑動變阻器的滑動觸頭由一端向另一端移動，從電流表有明顯讀數(shù)開始，記錄一組電流表、電壓表讀數(shù)．3．同樣的方法，依次記錄多組U、I值．4．斷開開關S，_____電路．5．利用_______和_______求出電動勢和內阻．最大值拆除公式法圖像法核心要點突破一、注意事項1．正確選用電壓表和電流表的量程，并注意正確連接表上的“＋”“－”接線柱．2．實驗前必須把變阻器的滑動片置于阻值最大的位置，以防止出現(xiàn)燒壞電流表的事故．3．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內阻宜大些．4．由于干電池在大電流放電時極化現(xiàn)象嚴重，電動勢會明顯下降，內阻r會明顯增大，故實驗中不能將電流調得過大(長時間放電不宜超過0.3A，短時間放電不宜超過0.5A)，且讀數(shù)要快，讀完后立即切斷電源．5．實驗中U取值不能太小，一般不得小于1V，測得的U、I值不少于5組，且變化范圍要大一些，解方程組求解E、r值時，取1、4組，2、5組，3、6組求解后，求平均值．6．畫U-I圖像時，要盡量使多數(shù)點落在直線上，不在直線上的點均勻分布在直線兩側．7．作U-I圖像時，如果出現(xiàn)某組數(shù)據(jù)對應的點偏離直線較遠，就表明這組數(shù)據(jù)的偶然誤差較大，可將該點舍去．8．縱坐標可不從零開始，直線的斜率等于電源內阻，計算內阻時，要在直線上取兩較遠點用r＝ΔU/ΔI求出(橫坐標必須從零開始)．9．這條直線與縱軸交點的物理意義是等于電源電動勢，與橫軸交點的物理意義是等于短路電流，由此可知，用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)的優(yōu)點是求得的是平均值．二、誤差分析1．電流表相對于待測電阻(電源內阻)外接圖2－5－2(2)對比也可由由電路來解解釋：若把把圖甲中的的R和電流表看看成外電路路，則電壓壓表可看成成內電路的的一部分，，故實測出出的是電池池和電壓表表這個整體體等效的r和E.電壓表和電電池并聯(lián)，，故等效內內阻r小于電池內內阻r真．r測＜r真，外電路路斷開時，，ab兩點間電壓壓Uab即等效電動動勢E，此時電壓壓表構成回回路，故Uab＜E真，即E測＜E真，測量值值實際上是是等效電源源的電動勢勢E′和內阻r′，當把等效效電源外電電路短路時時，電壓表表不再分流流，短路電電流等于通通過電池的的實際電流流，所以兩兩圖線相交交于相同的的短路電流流處(乙圖中的B點)．2．電流表相相對于待測測電阻(電源內阻)內接圖2－5－3由于電流表表的分壓作作用，使得得電壓表的的讀數(shù)比電電源的路端端電壓小，，電流表測測得的電流流等于流過過電源的電電流，所以以在流過電電流相同的的情況下，，U測＜U真，依照分分析可繪制制出圖2－5－3乙圖線，可可以從圖線線的意義得得E測＝E真，r測＞r真，對此也也可由電路路來解釋，，若把圖甲甲中的RA看成成內內電電阻阻的的一一部部分分，，故故實實測測出出的的是是電電池池和和電電流流表表這這個個整整體體的的等等效效電電動動勢勢E′′和內內阻阻r′′，r測＝＝r′′＝r真＋＋RA＞r真，，由由電電動動勢勢等等于于外外電電路路斷斷路路時時的的路路端端電電壓壓可可知知，，把把電電路路從從A、B處斷斷開開，，E測＝＝UAB＝E真，，所所以以兩兩圖圖線線交交于于縱縱軸軸上上的的同同一一點點，，即即電電池池的的電電動動勢勢處處．．綜合合上上述述，，任任一一種種電電路路都都存存在在系系統(tǒng)統(tǒng)誤誤差差，，因因電電源源內內阻阻較較小小，，不不能能采采用用電電流流表表內內接接中中的的測測量量電電路路，，盡盡管管電電動動勢勢的的測測量量值值準準確確，，但但內內阻阻的的測測量量誤誤差差很很大大，，因因此此要要選選用用電電流流表表外外接接的的測測量量電電路路，，另另外外實實驗驗還還有有因因電電壓壓表表、、電電流流表表的的讀讀數(shù)數(shù)以以及及作作U-I圖線時時描點點不準準確造造成的的偶然然誤差差．即時應應用(即時突突破，，小試試牛刀刀)1.用伏安安法測測量電電源電電動勢勢和內內電阻阻的實實驗中中，下下列注注意事事項中中正確確的是是()A．應選選用新新的干干電池池作為為被測測電源源，以以使電電壓表表的示示數(shù)變變化比比較明明顯B．應選選用內內阻較較小的的電壓壓表和和電流流表C．移動動滑動動變阻阻器的的滑片片時，，不能能使滑滑動變變阻器器短路路，以以免造造成電電源過過載D．根據(jù)據(jù)實驗驗記錄錄的數(shù)數(shù)據(jù)作作U-I圖線時時，應應通過過盡可可能多多的點點畫一一條直直線，，并使使不在在直線線上的的點大大致分分布在在直線線的兩兩側解析：：選CD.新干電電池的的內阻阻較小小，不不易測測量，，而舊舊干電電池內內阻較較大，，故應應選用用舊一一些的的干電電池，，A錯；電電流表表內阻阻較小小一些些實驗驗誤差差會小小些，，但電電壓表表應選選用內內阻較較大一一些的的，故故B錯，C、D正確．．2．圖像像法：：在坐坐標紙紙上以以I為橫坐坐標、、U為縱坐坐標建建立直直角坐坐標系系，根根據(jù)實實驗測測得的的幾組組數(shù)據(jù)據(jù)在坐坐標系系中描描點，，這些些點大大致分分布在在一條條直線線上，，把明明顯偏偏離的的點舍舍去，，用直直尺畫畫一條條直線線，使使盡可可能多多的點點落在在這條條直線線上，，不在在直線線上的的點大大致均均衡地地分布布在直直線兩兩側．．這條條直線線就是是方程程U＝E－Ir的圖像像，由由此可可得，，U軸上的的截距距等于于電源源的電電動勢勢E，I軸上的的截距距等于于短路路電流流，直直線的的斜率率等于于電源源的內內電阻阻r＝E/I短．特別提提醒：：若若U軸上的的數(shù)據(jù)據(jù)不是是從零零開始始的，，則圖圖線與與I軸的交交點就就不是是短路路電流流．四、實實物圖圖連線線問題題1．先畫畫出電電路圖圖，這這是連連接實實物圖圖的依依據(jù)．．2．先連連接干干路，，再連連接支支路，，遵循循“先先串后后并””的原原則．．3．注意意電源源的正正負極極，電電表的的正負負接線線柱，，電表表量程程的選選擇以以及滑滑動變變阻器器接線線柱的的合理理選用用．4．注注意意連連線線不不能能交交叉叉，，電電鍵鍵要要能能夠夠控控制制電電路路．．即時時應應用用(即時時突突破破，，小小試試牛牛刀刀)2.下列列給給出出多多種種用用伏伏安安法法測測電電池池的的電電動動勢勢和和內內電電阻阻的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，處處理理方方法法既既能能減減小小偶偶然然誤誤差差，，又又直直觀觀、、簡簡便便的的方方法法是是()A．測出兩兩組I、U的數(shù)據(jù)，，代入方方程組E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E和rB．多測幾幾組I、U的數(shù)據(jù)，，求出幾幾組E、r，最后分分別求出出其平均均值C．測出多多組I、U的數(shù)據(jù)，，畫出U-I圖像，再再根據(jù)圖圖像求出出E、rD．多測幾幾組I、U的數(shù)據(jù)，，分別求求出I和U的平均值值，用電電壓表測測出斷路路時的路路端電壓壓即為電電動勢E，再用閉閉合電路路歐姆定定律求出出電池內內電阻r解析：選選C.A中只測量量兩組數(shù)數(shù)據(jù)求出出E、r，偶然誤誤差較大大；B中計算E、r平均值雖雖然能減減小誤差差，但太太繁瑣；；D中分別求求I、U的平均值值是錯誤誤的做法法．課堂互動講練類型一儀器的選擇和電路的連接例1測量電源源的電動動勢及內內阻的實實驗電路路如圖2－5－4甲所示．．圖乙中中給出的的器材有有：待測測的電源源(電動勢約約為4V，內阻約約為2Ω)，電壓表表(內阻很大大，有5V,15V兩個量程程)，電流表表(內阻不計計，有0.1A、1A兩個量程程)，滑動變變阻器(阻值范圍圍0～10ΩΩ)，開關，，另有導導線若干干．試按按照圖甲甲中的電電路在圖圖乙中畫畫出連線線，將器器材連接接成實驗驗電路(要求正確確選擇電電表量程程，以保保證儀器器的安全全并使測測量有盡盡可能高高的精確確度)．圖2－5－4【思路點撥】估算法確定定電表的量量程，一是是估計電源源兩端能出出現(xiàn)的最大大電壓，來來確定電壓壓表的量程程，二是估估計電路中中能通過的的最小電流流，只要最最小電流不不超量程即即可，因為為實驗中電電路上盡可可能使用最最小的電流流．圖2－5－5【答案】見精講精析析【規(guī)律總結】量程的選取取有兩個原原則，一是是儀表安全全，二是便便于讀數(shù)．．兩個原則則必須兼顧顧．變式訓練1在“測電源源電動勢和和內阻”的的實驗中，，實驗室提提供了下列列器材：電電壓表V1(0～3V)，電壓表V2(0～15V)；電流表A1(0～0.6A)，電流表A2(0～3A)，滑動變阻阻器R1(0～10Ω，2A)，滑動變阻阻器R2(0～100ΩΩ，0.5A)，阻值為1Ω的蓄電池，，為了使測測量出的電電動勢和內內阻都盡可可能準確，，實驗時電電壓表應選選________，電流表應應選________，滑動變阻阻器應選________．畫出本實實驗的電路路圖，并簡簡要說出你你的理由．．解析：由待待測電源電電動勢和內內阻的大約約值，從讀讀數(shù)要求出出發(fā)，不難難選出電壓壓表用V1，電流表應應用A1來測量．由由于滑動變變阻器R2允許通過的的最大電流流為0.5A，從安全角角度考慮，，滑動變阻阻器應選用用R1.主要實驗器器材選定后后，再考慮慮到中學實實驗室中的的電流表的的內阻RA均不能忽略略，且很難難達到RA?r，故由于電電流表的分分壓作用帶帶來的系統(tǒng)統(tǒng)誤差較大大，在無特特殊說明情情況下，一一般均采用用電流表內內接法．電路中為什什么要接入入定值小電電阻R0？為了說明明問題，先先假定電源源的電動勢勢就是2V，內阻就是是0.1ΩΩ，不考慮電電流表內阻阻的分壓影影響．本處處通過列表表來說明接接入R0前后對測量量值準確度度的影響．．答案：V1A1R1電路圖如解解析圖所示示類型二實驗數(shù)據(jù)處理用電流表和和電壓表測測定電池的的電動勢E和內電阻r，所用的電電路如圖2－5－6所示，一位位同學測得得的6組數(shù)據(jù)如下下表中所示示.例2圖2－5－6組別I/AU/V10.121.3720.201.3230.311.2440.321.1850.501.1060.571.05(1)試根據(jù)這些些數(shù)據(jù)在圖圖2－5－7中作出U-I圖線．圖2－5－7(2)根據(jù)圖線得得出電池的的電動勢E＝________V，根據(jù)圖線線得出的電電池內阻r＝________ΩΩ.(3)若不作出圖圖線，只選選用其中兩兩組U和I的數(shù)據(jù)，可可利用公式式E＝U1＋I1r1和E＝U2＋I2r2算出，這些些做可能得得出誤差很很大的結果果，選用第第________組和第________組數(shù)據(jù)，求求得的E和r誤差最大．．【思路點撥】描點作圖跟跟數(shù)學中的的作圖法相相同，由于于物理中使使用的數(shù)據(jù)據(jù)是實驗測測量，存在在誤差，所所描的點并并不嚴格地地在一條直直線上，作作圖的原則則是該直線線盡可能過過更多的點點，且點均均勻分布在在直線兩側側．【精講精析】(1)描點作圖，，舍去第四四組數(shù)對應應的點．圖圖線如圖2－5－8所示．圖2－5－8選用第3組和第4組數(shù)據(jù)求得得的E和r誤差最大．．不需要利利用所給的的6組數(shù)據(jù)分別別進行計算算，利用作作圖就可看看出這一點點．選用這這兩組數(shù)據(jù)據(jù)求E和r，相當于過過圖中3和4兩點作一直線線，利用此直直線求出E和r，而此直線與與所畫的直線線偏離最大，，實際上，第第4組數(shù)據(jù)不合理理，已經(jīng)排除除．【答案】(1)如圖2－5－8所示