高中物理人教版1第二章恒定電流第10節(jié)實(shí)驗(yàn)測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 公開課

高二物理高二高二物理授課內(nèi)容：測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻組卷人:史建華審核人：曹麗娟一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握用電壓表和電流表測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法；進(jìn)一步理解閉合電路的歐姆定律．2．掌握用圖象法求電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法．二、實(shí)驗(yàn)原理1．實(shí)驗(yàn)依據(jù)：閉合電路歐姆定律．2．實(shí)驗(yàn)電路：如圖所示．（電流表內(nèi)接法或外接法）3．E和r的求解：由U＝E－Ir得：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U1＝E－I1r,U2＝E－I2r))，解得：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝\f(I1U2－I2U1,I1－I2),r＝\f(U2－U1,I1－I2)))4．作圖法數(shù)據(jù)處理，如圖所示：(1)圖線與縱軸交點(diǎn)為E.(2)圖線與橫軸交點(diǎn)為I短＝eq\f(E,r).(3)圖線的斜率表示r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.三、實(shí)驗(yàn)器材電池(被測(cè)電源)、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、鉛筆．四、實(shí)驗(yàn)步驟1．電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，按圖連接好電路．2．把變阻器的滑片移動(dòng)到使阻值最大的一端．3．閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)．記錄一組電流表和電壓表的示數(shù)，用同樣方法測(cè)量并記錄幾組I、U值，并填入表格中．4．?dāng)嚅_開關(guān)，拆除電路，整理好器材．五、數(shù)據(jù)處理本實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的處理方法，一是聯(lián)立方程求解的公式法，二是描點(diǎn)畫圖法.

第1組第2組第3組第4組第5組第6組U/VI/A法一：取六組對(duì)應(yīng)的U、I數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)滿足的關(guān)系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r…讓第1式和第4式聯(lián)立方程，第2式和第5式聯(lián)立方程，第3式和第6式聯(lián)立方程，這樣解得三組E、r，取其平均值作為電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r的大?。ǘ阂月范穗妷篣為縱軸、干路電流I為橫軸建立U-I坐標(biāo)系，在坐標(biāo)平面內(nèi)描出各組(U，I)值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后盡量多地通過(guò)這些點(diǎn)作一條直線，不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)，則直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即是電池電動(dòng)勢(shì)的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線的斜率大小即為電池的內(nèi)阻，即r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.六、誤差分析1．由讀數(shù)誤差和電表線性不良引起誤差．2．用圖象法求E和r時(shí)，由于作圖不準(zhǔn)確造成的誤差．3．本實(shí)驗(yàn)若采用電流表內(nèi)接法：存在系統(tǒng)誤差，這是由于電壓表的分流IV引起的，使電流表的示數(shù)I測(cè)小于電池的輸出電流I真．因?yàn)镮真＝I測(cè)＋I(xiàn)V，而IV＝U/RV，U越大，IV越大，U趨近于零時(shí)，IV也趨近于零．所以此種情況下圖線與橫軸的交點(diǎn)為真實(shí)的短路電流，而圖線與縱軸的交點(diǎn)為電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值，比真實(shí)值偏?。拚蟮膱D線如圖所示，顯然，E、r的測(cè)量值都比真實(shí)值偏小，r測(cè)<r真、E測(cè)<E真．4．若采用電流表外接法電路，電流是準(zhǔn)確的，當(dāng)I很小時(shí)，電壓表的分流很小，但隨電壓的增大，電流I增大，電流表的分壓作用也逐漸增大．此種情況如圖，所以E測(cè)＝E真、r測(cè)>r真四、注意事項(xiàng)1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻應(yīng)選的大些(選用已使用過(guò)一段時(shí)間的干電池)．2．在實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過(guò)大，每次讀完U、I讀數(shù)立即斷電，以免干電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象過(guò)重，使得E、r明顯變化（E減小、r增大）．3．測(cè)出不少于6組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時(shí)，類似于逐差法，要將測(cè)出的I、U數(shù)據(jù)中，第1和第4組為一組，第2和第5組為一組，第3和第6組為一組，分別解出E、r值再求平均值．4．在畫U－I圖線時(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)，而不要顧及個(gè)別離開直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)，以減小偶然誤差．5．干電池內(nèi)阻較小時(shí)，U的變化較小，此時(shí)，坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)將呈現(xiàn)如圖甲所示的狀況，使下部大面積空間得不到利用，為此，可使縱坐標(biāo)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)，如圖乙所示，并且把坐標(biāo)的比例放大，可使結(jié)果的誤差減?。藭r(shí)圖線與橫軸交點(diǎn)不表示短路電流，而圖線與縱軸的截距仍為電動(dòng)勢(shì)，要在直線上任取兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，用r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|計(jì)算出電池的內(nèi)阻r.五、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新1．安—阻法用一個(gè)電流表和電阻箱測(cè)量，電路如圖，測(cè)量原理為：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，此種方法使測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)無(wú)偏差，但內(nèi)阻偏大．2．伏—阻法用一個(gè)電壓表和電阻箱測(cè)量，電路如圖，測(cè)量原理為：E＝U1＋eq\f(U1,R1)r，E＝U2＋eq\f(U2,R2)r，由此可求出r和E，此種方法測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻均偏?。?、典型題分析題型一：器材選擇和數(shù)據(jù)處理【例1】用如圖所示電路測(cè)一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r，所給的器材有：A．電壓表V：0～3V和0～15V兩個(gè)量程；B．電流表A：0～0.6A和0～3AC．滑動(dòng)變阻器R1(最大電阻為20Ω)；D．滑動(dòng)變阻器R2(最大電阻為100Ω)E．開關(guān)S和導(dǎo)線若干(1)電流表應(yīng)選用________量程；電壓表應(yīng)選用________量程；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________(選填“R1”或“R2”)(2)如圖所示U－I圖上是根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的7組數(shù)據(jù)標(biāo)出的點(diǎn)．請(qǐng)你畫出圖線，并由圖線求出E＝________V，r＝________Ω.【解析】(1)因?yàn)殡娫吹碾妱?dòng)勢(shì)接近V，則電壓表應(yīng)該選擇0～3V量程，電池的內(nèi)阻一般為幾歐，則電流表應(yīng)該選擇0～0.6A量程；同時(shí)為了方便調(diào)節(jié)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選擇阻值較小的，故選R1.(2)將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中描出的點(diǎn)用直線連接起來(lái)，連接時(shí)要使盡量多的點(diǎn)在直線上，不在直線上的點(diǎn)盡量分布在直線的兩側(cè)．由得到的直線可知，電源電動(dòng)勢(shì)為V，在直線上取一點(diǎn)，代入E＝U＋I(xiàn)r，可以求出電源的內(nèi)阻為Ω.【答案】(1)0～0.6A0～3VR1；(2)圖線如圖所示題型二：實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新【例2】(2023年高考江蘇卷)在測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，由于所用電壓表(視為理想電壓表)的量程較小，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)物電路．(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到________．(選填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改變電阻箱的阻值R，分別測(cè)出阻值R0＝10Ω的定值電阻兩端的電壓U.下列兩組R的取值方案中，比較合理的方案是________．(填選“1”或“2”)方案編號(hào)電阻箱的阻值R/Ω12(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)，繪出的eq\f(1,U)－R圖象是一條直線．若直線的斜率為k，在eq\f(1,U)坐標(biāo)軸上的截距為b，則該電源的電動(dòng)勢(shì)E＝________，內(nèi)阻r＝________.(用k、b和R0表示)【解析】(1)電阻箱接入回路中的電阻越大，回路電流就越小，起保護(hù)電源、防止燒壞電壓表的作用．(2)方案1中電阻箱接入電路的電阻太大，電壓表示數(shù)太小，誤差太大．因此采用方案2.(3)由閉合電路歐姆定律可知eq\f(E,R0＋R＋r)＝eq\f(U,R0)，eq