【优化方案】高二物理 第2章第五节测量电源的电动势和内阻课件 教科

第五节学生实验：测量电源的电动势和内阻课标定位学习目标：1.知道测量电源电动势和内阻的实验原理，进一步感受电源路端电压随电流变化的关系．2．经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法．3．尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的方法．重点难点：利用图像法求电源的电动势和内阻；实验误差分析．

核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第五节学生实验：测量电源的电动势和内阻课前自主学案课前自主学案一、实验目的1．知道测电源电动势和内阻的实验原理．进一步感受电源路端电压随电流变化的关系．2．经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法．3．尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的方法．4．培养仔细观察、真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是的科学品质．滑动变阻器一只铅笔电压表电流表图2－5－1二、实验器材待测电池一节，电流表(0～0.6A)、电压表(0～3V)各一块，_______________，开关一只，导线若干，_____，坐标纸．三、实验原理1．电动势E和内阻r及路端电压U可以写成E＝U＋Ir，如果能得到U、I两组数据，就能解得电动势和内电阻，用_______和______加上一个滑动变阻器就能测定电源的电动势和内电阻．如图2－5－1甲所示．电流表电阻箱电压表电阻箱四、实验步骤1.确实电流表、电压表的量程，按实验电路图连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为________的一端．2．闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数．3．同样的方法，依次记录多组U、I值．4．断开开关S，_____电路．5．利用_______和_______求出电动势和内阻．最大值拆除公式法图像法核心要点突破一、注意事项1．正确选用电压表和电流表的量程，并注意正确连接表上的“＋”“－”接线柱．2．实验前必须把变阻器的滑动片置于阻值最大的位置，以防止出现烧坏电流表的事故．3．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些．4．由于干电池在大电流放电时极化现象严重，电动势会明显下降，内阻r会明显增大，故实验中不能将电流调得过大(长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A)，且读数要快，读完后立即切断电源．5．实验中U取值不能太小，一般不得小于1V，测得的U、I值不少于5组，且变化范围要大一些，解方程组求解E、r值时，取1、4组，2、5组，3、6组求解后，求平均值．6．画U-I图像时，要尽量使多数点落在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧．7．作U-I图像时，如果出现某组数据对应的点偏离直线较远，就表明这组数据的偶然误差较大，可将该点舍去．8．纵坐标可不从零开始，直线的斜率等于电源内阻，计算内阻时，要在直线上取两较远点用r＝ΔU/ΔI求出(横坐标必须从零开始)．9．这条直线与纵轴交点的物理意义是等于电源电动势，与横轴交点的物理意义是等于短路电流，由此可知，用图像法处理实验数据的优点是求得的是平均值．二、误差分析1．电流表相对于待测电阻(电源内阻)外接图2－5－2(2)对比也可由由电路来解解释：若把把图甲中的的R和电流表看看成外电路路，则电压压表可看成成内电路的的一部分，，故实测出出的是电池池和电压表表这个整体体等效的r和E.电压表和电电池并联，，故等效内内阻r小于电池内内阻r真．r测＜r真，外电路路断开时，，ab两点间电压压Uab即等效电动动势E，此时电压压表构成回回路，故Uab＜E真，即E测＜E真，测量值值实际上是是等效电源源的电动势势E′和内阻r′，当把等效效电源外电电路短路时时，电压表表不再分流流，短路电电流等于通通过电池的的实际电流流，所以两两图线相交交于相同的的短路电流流处(乙图中的B点)．2．电流表相相对于待测测电阻(电源内阻)内接图2－5－3由于电流表表的分压作作用，使得得电压表的的读数比电电源的路端端电压小，，电流表测测得的电流流等于流过过电源的电电流，所以以在流过电电流相同的的情况下，，U测＜U真，依照分分析可绘制制出图2－5－3乙图线，可可以从图线线的意义得得E测＝E真，r测＞r真，对此也也可由电路路来解释，，若把图甲甲中的RA看成成内内电电阻阻的的一一部部分分，，故故实实测测出出的的是是电电池池和和电电流流表表这这个个整整体体的的等等效效电电动动势势E′′和内内阻阻r′′，r测＝＝r′′＝r真＋＋RA＞r真，，由由电电动动势势等等于于外外电电路路断断路路时时的的路路端端电电压压可可知知，，把把电电路路从从A、B处断断开开，，E测＝＝UAB＝E真，，所所以以两两图图线线交交于于纵纵轴轴上上的的同同一一点点，，即即电电池池的的电电动动势势处处．．综合合上上述述，，任任一一种种电电路路都都存存在在系系统统误误差差，，因因电电源源内内阻阻较较小小，，不不能能采采用用电电流流表表内内接接中中的的测测量量电电路路，，尽尽管管电电动动势势的的测测量量值值准准确确，，但但内内阻阻的的测测量量误误差差很很大大，，因因此此要要选选用用电电流流表表外外接接的的测测量量电电路路，，另另外外实实验验还还有有因因电电压压表表、、电电流流表表的的读读数数以以及及作作U-I图线时时描点点不准准确造造成的的偶然然误差差．即时应应用(即时突突破，，小试试牛刀刀)1.用伏安安法测测量电电源电电动势势和内内电阻阻的实实验中中，下下列注注意事事项中中正确确的是是()A．应选选用新新的干干电池池作为为被测测电源源，以以使电电压表表的示示数变变化比比较明明显B．应选选用内内阻较较小的的电压压表和和电流流表C．移动动滑动动变阻阻器的的滑片片时，，不能能使滑滑动变变阻器器短路路，以以免造造成电电源过过载D．根据据实验验记录录的数数据作作U-I图线时时，应应通过过尽可可能多多的点点画一一条直直线，，并使使不在在直线线上的的点大大致分分布在在直线线的两两侧解析：：选CD.新干电电池的的内阻阻较小小，不不易测测量，，而旧旧干电电池内内阻较较大，，故应应选用用旧一一些的的干电电池，，A错；电电流表表内阻阻较小小一些些实验验误差差会小小些，，但电电压表表应选选用内内阻较较大一一些的的，故故B错，C、D正确．．2．图像像法：：在坐坐标纸纸上以以I为横坐坐标、、U为纵坐坐标建建立直直角坐坐标系系，根根据实实验测测得的的几组组数据据在坐坐标系系中描描点，，这些些点大大致分分布在在一条条直线线上，，把明明显偏偏离的的点舍舍去，，用直直尺画画一条条直线线，使使尽可可能多多的点点落在在这条条直线线上，，不在在直线线上的的点大大致均均衡地地分布布在直直线两两侧．．这条条直线线就是是方程程U＝E－Ir的图像像，由由此可可得，，U轴上的的截距距等于于电源源的电电动势势E，I轴上的的截距距等于于短路路电流流，直直线的的斜率率等于于电源源的内内电阻阻r＝E/I短．特别提提醒：：若若U轴上的的数据据不是是从零零开始始的，，则图图线与与I轴的交交点就就不是是短路路电流流．四、实实物图图连线线问题题1．先画画出电电路图图，这这是连连接实实物图图的依依据．．2．先连连接干干路，，再连连接支支路，，遵循循“先先串后后并””的原原则．．3．注意意电源源的正正负极极，电电表的的正负负接线线柱，，电表表量程程的选选择以以及滑滑动变变阻器器接线线柱的的合理理选用用．4．注注意意连连线线不不能能交交叉叉，，电电键键要要能能够够控控制制电电路路．．即时时应应用用(即时时突突破破，，小小试试牛牛刀刀)2.下列列给给出出多多种种用用伏伏安安法法测测电电池池的的电电动动势势和和内内电电阻阻的的数数据据，，处处理理方方法法既既能能减减小小偶偶然然误误差差，，又又直直观观、、简简便便的的方方法法是是()A．测出两两组I、U的数据，，代入方方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E和rB．多测几几组I、U的数据，，求出几几组E、r，最后分分别求出出其平均均值C．测出多多组I、U的数据，，画出U-I图像，再再根据图图像求出出E、rD．多测几几组I、U的数据，，分别求求出I和U的平均值值，用电电压表测测出断路路时的路路端电压压即为电电动势E，再用闭闭合电路路欧姆定定律求出出电池内内电阻r解析：选选C.A中只测量量两组数数据求出出E、r，偶然误误差较大大；B中计算E、r平均值虽虽然能减减小误差差，但太太繁琐；；D中分别求求I、U的平均值值是错误误的做法法．课堂互动讲练类型一仪器的选择和电路的连接例1测量电源源的电动动势及内内阻的实实验电路路如图2－5－4甲所示．．图乙中中给出的的器材有有：待测测的电源源(电动势约约为4V，内阻约约为2Ω)，电压表表(内阻很大大，有5V,15V两个量程程)，电流表表(内阻不计计，有0.1A、1A两个量程程)，滑动变变阻器(阻值范围围0～10ΩΩ)，开关，，另有导导线若干干．试按按照图甲甲中的电电路在图图乙中画画出连线线，将器器材连接接成实验验电路(要求正确确选择电电表量程程，以保保证仪器器的安全全并使测测量有尽尽可能高高的精确确度)．图2－5－4【思路点拨】估算法确定定电表的量量程，一是是估计电源源两端能出出现的最大大电压，来来确定电压压表的量程程，二是估估计电路中中能通过的的最小电流流，只要最最小电流不不超量程即即可，因为为实验中电电路上尽可可能使用最最小的电流流．图2－5－5【答案】见精讲精析析【规律总结】量程的选取取有两个原原则，一是是仪表安全全，二是便便于读数．．两个原则则必须兼顾顾．变式训练1在“测电源源电动势和和内阻”的的实验中，，实验室提提供了下列列器材：电电压表V1(0～3V)，电压表V2(0～15V)；电流表A1(0～0.6A)，电流表A2(0～3A)，滑动变阻阻器R1(0～10Ω，2A)，滑动变阻阻器R2(0～100ΩΩ，0.5A)，阻值为1Ω的蓄电池，，为了使测测量出的电电动势和内内阻都尽可可能准确，，实验时电电压表应选选________，电流表应应选________，滑动变阻阻器应选________．画出本实实验的电路路图，并简简要说出你你的理由．．解析：由待待测电源电电动势和内内阻的大约约值，从读读数要求出出发，不难难选出电压压表用V1，电流表应应用A1来测量．由由于滑动变变阻器R2允许通过的的最大电流流为0.5A，从安全角角度考虑，，滑动变阻阻器应选用用R1.主要实验器器材选定后后，再考虑虑到中学实实验室中的的电流表的的内阻RA均不能忽略略，且很难难达到RA≪r，故由于电电流表的分分压作用带带来的系统统误差较大大，在无特特殊说明情情况下，一一般均采用用电流表内内接法．电路中为什什么要接入入定值小电电阻R0？为了说明明问题，先先假定电源源的电动势势就是2V，内阻就是是0.1ΩΩ，不考虑电电流表内阻阻的分压影影响．本处处通过列表表来说明接接入R0前后对测量量值准确度度的影响．．答案：V1A1R1电路图如解解析图所示示类型二实验数据处理用电流表和和电压表测测定电池的的电动势E和内电阻r，所用的电电路如图2－5－6所示，一位位同学测得得的6组数据如下下表中所示示.例2图2－5－6组别I/AU/V10.121.3720.201.3230.311.2440.321.1850.501.1060.571.05(1)试根据这些些数据在图图2－5－7中作出U-I图线．图2－5－7(2)根据图线得得出电池的的电动势E＝________V，根据图线线得出的电电池内阻r＝________ΩΩ.(3)若不作出图图线，只选选用其中两两组U和I的数据，可可利用公式式E＝U1＋I1r1和E＝U2＋I2r2算出，这些些做可能得得出误差很很大的结果果，选用第第________组和第________组数据，求求得的E和r误差最大．．【思路点拨】描点作图跟跟数学中的的作图法相相同，由于于物理中使使用的数据据是实验测测量，存在在误差，所所描的点并并不严格地地在一条直直线上，作作图的原则则是该直线线尽可能过过更多的点点，且点均均匀分布在在直线两侧侧．【精讲精析】(1)描点作图，，舍去第四四组数对应应的点．图图线如图2－5－8所示．图2－5－8选用第3组和第4组数据求得得的E和r误差最大．．不需要利利用所给的的6组数据分别别进行计算算，利用作作图就可看看出这一点点．选用这这两组数据据求E和r，相当于过过图中3和4两点作一直线线，利用此直直线求出E和r，而此直线与与所画的直线线偏离最大，，实际上，第第4组数据不合理理，已经排除除．【答案】(1)如图2－5－8所示