《測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻》導(dǎo)學(xué)案

《測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻》導(dǎo)學(xué)案一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、知道測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理。2、掌握用電壓表和電流表測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)方法。3、能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并分析誤差。二、預(yù)學(xué)案（一）知識(shí)點(diǎn)一：實(shí)驗(yàn)原理1、根據(jù)閉合電路歐姆定律，對(duì)于一個(gè)電源來說，其電動(dòng)勢$E$、內(nèi)阻$r$與外電路的電壓$U$、電流$I$之間存在關(guān)系：＄E＝U+Ir$。如果我們能測量出多組$U$和$I$的值，就可以通過這個(gè)公式來計(jì)算出電源的電動(dòng)勢$E$和內(nèi)阻$r$。2、在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們可以把電壓表并聯(lián)在電源兩端測電壓$U$，電流表串聯(lián)在電路中測電流$I$。（二）知識(shí)點(diǎn)二：實(shí)驗(yàn)電路1、常見的電路有兩種：一種是電流表外接法（相對(duì)電源而言），另一種是電流表內(nèi)接法。2、電流表外接法：電壓表測量的是電源兩端的電壓，電流表測量的是通過滑動(dòng)變阻器和電壓表的總電流。這種接法的優(yōu)點(diǎn)是電壓表讀數(shù)準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是電流表讀數(shù)比通過電源的實(shí)際電流大，會(huì)帶來一定的誤差。3、電流表內(nèi)接法：電流表測量的是通過電源的電流，電壓表測量的是電源和電流表兩端的電壓。這種接法的優(yōu)點(diǎn)是電流表讀數(shù)準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是電壓表讀數(shù)比電源兩端的實(shí)際電壓大，也會(huì)帶來誤差。（三）知識(shí)點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)器材1、電源（干電池或蓄電池等）。2、電壓表（量程合適）。3、電流表（量程合適）。4、滑動(dòng)變阻器（能改變電路中的電阻，起到調(diào)節(jié)電流和電壓的作用）。5、開關(guān)、導(dǎo)線若干。三、探究案（一）探究一：實(shí)驗(yàn)電路的選擇1、小組討論如果電源內(nèi)阻比較小，哪種接法誤差相對(duì)較小呢？如果電源內(nèi)阻比較大，又該選擇哪種接法呢？提示：可以從兩種接法的誤差來源進(jìn)行分析。對(duì)于電流表外接法，誤差是由于電壓表的分流；對(duì)于電流表內(nèi)接法，誤差是由于電流表的分壓。當(dāng)電源內(nèi)阻較小時(shí)，電流表的分壓對(duì)電壓測量的影響相對(duì)較大，所以電流表外接法誤差較?。划?dāng)電源內(nèi)阻較大時(shí)，電壓表的分流對(duì)電流測量的影響相對(duì)較大，所以電流表內(nèi)接法誤差較小。（二）探究二：實(shí)驗(yàn)操作步驟1、按照選定的電路連接好實(shí)驗(yàn)器材，連接電路的時(shí)候要注意電表的正負(fù)極，滑動(dòng)變阻器要調(diào)到阻值最大的位置。2、閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，記錄下多組電壓表和電流表的示數(shù)。問題：為什么要記錄多組數(shù)據(jù)呢？提示：因?yàn)橹挥涗浺唤M數(shù)據(jù)計(jì)算出來的電動(dòng)勢和內(nèi)阻誤差會(huì)比較大，多組數(shù)據(jù)可以通過求平均值或者圖像法來減小誤差。（三）探究三：數(shù)據(jù)處理1、公式法根據(jù)記錄的多組$U$和$I$的值，代入$E＝U+Ir$這個(gè)公式，列出方程組，然后求解出電動(dòng)勢$E$和內(nèi)阻$r$。例如：如果有兩組數(shù)據(jù)$（U_1,I_1)＄和$（U_2,I_2)＄，則可以列出方程組$＼begin{cases}E＝U_1+I_1r\＼E＝U_2+I_2r\end{cases}＄，然后解這個(gè)方程組就可以得到$E$和$r$的值。2、圖像法以$U$為縱坐標(biāo)，＄I$為橫坐標(biāo)，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)畫出$UI$圖像。問題：這個(gè)圖像有什么特點(diǎn)呢？提示：根據(jù)$E＝U+Ir$，變形可得$U=rI＋E$，所以這個(gè)圖像是一條直線，其斜率的絕對(duì)值等于電源的內(nèi)阻$r$，截距等于電源的電動(dòng)勢$E$。（四）探究四：誤差分析1、如果采用電流表外接法，分析測量值與真實(shí)值的關(guān)系。由于電壓表的分流作用，電流表測量的電流比實(shí)際通過電源的電流大。根據(jù)$E＝U+Ir$，當(dāng)$U$測量準(zhǔn)確，＄I$測量偏大時(shí)，計(jì)算出的內(nèi)阻$r$偏小，電動(dòng)勢$E$也偏小。2、如果采用電流表內(nèi)接法，分析測量值與真實(shí)值的關(guān)系。由于電流表的分壓作用，電壓表測量的電壓比電源兩端的實(shí)際電壓大。根據(jù)$E＝U+Ir$，當(dāng)$I$測量準(zhǔn)確，＄U$測量偏大時(shí)，計(jì)算出的內(nèi)阻$r$偏大，電動(dòng)勢$E$也偏大。四、檢測案（一）選擇題1、在測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是（）A.應(yīng)選用舊電池作為電源，因?yàn)榕f電池的內(nèi)阻較大，實(shí)驗(yàn)效果更明顯B.電流表應(yīng)選用大量程，這樣測量更準(zhǔn)確C.滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用阻值較小的，方便調(diào)節(jié)電流D.實(shí)驗(yàn)中不需要多次測量取平均值，因?yàn)橐淮螠y量就很準(zhǔn)確答案：A。舊電池內(nèi)阻相對(duì)較大，在實(shí)驗(yàn)中能使電壓和電流的變化更明顯，便于測量；電流表量程要根據(jù)實(shí)際電路中的電流大小選擇，不是越大越好，B錯(cuò)誤；滑動(dòng)變阻器阻值如果太小，調(diào)節(jié)時(shí)電壓和電流變化過于劇烈，不易準(zhǔn)確測量，C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中需要多次測量取平均值或者用圖像法來減小誤差，D錯(cuò)誤。（二）填空題1、在測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)得到一組數(shù)據(jù)如下表：｜＄I/A$｜0.1|0.2|0.3|0.4|｜｜｜｜｜｜｜＄U/V$｜1.9|1.8|1.7|1.6|根據(jù)這些數(shù)據(jù)，用圖像法求電源電動(dòng)勢$E＝＄＿_(dá)________V，內(nèi)阻$r＝＄＿_(dá)________Ω。答案：首先畫出$UI$圖像，根據(jù)圖像可得截距$E＝2.0$V，斜率$r=＼frac{＼DeltaU}｛＼DeltaI}＝＼frac{1.91.6}｛0.1}＝3.0$Ω。（三）簡答題1、簡述電流表外接法測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)