高中物理人教版1第二章恒定电流第10节实验测定电池的电动势和内阻 公开课

高二物理高二高二物理授课内容：测电源电动势和内电阻组卷人:史建华审核人：曹丽娟一、实验目的1．掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法；进一步理解闭合电路的欧姆定律．2．掌握用图象法求电动势和内阻的方法．二、实验原理1．实验依据：闭合电路欧姆定律．2．实验电路：如图所示．（电流表内接法或外接法）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．作图法数据处理，如图所示：(1)图线与纵轴交点为E.(2)图线与横轴交点为I短＝eq\f(E,r).(3)图线的斜率表示r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.三、实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔．四、实验步骤1．电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按图连接好电路．2．把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端．3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数．记录一组电流表和电压表的示数，用同样方法测量并记录几组I、U值，并填入表格中．4．断开开关，拆除电路，整理好器材．五、数据处理本实验中数据的处理方法，一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法.

第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A法一：取六组对应的U、I数据，数据满足的关系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r…让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小．法二：以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U­I坐标系，在坐标平面内描出各组(U，I)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率大小即为电池的内阻，即r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.六、误差分析1．由读数误差和电表线性不良引起误差．2．用图象法求E和r时，由于作图不准确造成的误差．3．本实验若采用电流表内接法：存在系统误差，这是由于电压表的分流IV引起的，使电流表的示数I测小于电池的输出电流I真．因为I真＝I测＋IV，而IV＝U/RV，U越大，IV越大，U趋近于零时，IV也趋近于零．所以此种情况下图线与横轴的交点为真实的短路电流，而图线与纵轴的交点为电动势的测量值，比真实值偏小．修正后的图线如图所示，显然，E、r的测量值都比真实值偏小，r测<r真、E测<E真．4．若采用电流表外接法电路，电流是准确的，当I很小时，电压表的分流很小，但随电压的增大，电流I增大，电流表的分压作用也逐渐增大．此种情况如图，所以E测＝E真、r测>r真四、注意事项1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选的大些(选用已使用过一段时间的干电池)．2．在实验中不要将I调得过大，每次读完U、I读数立即断电，以免干电池在大电流放电时极化现象过重，使得E、r明显变化（E减小、r增大）．3．测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，类似于逐差法，要将测出的I、U数据中，第1和第4组为一组，第2和第5组为一组，第3和第6组为一组，分别解出E、r值再求平均值．4．在画U－I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，而不要顾及个别离开直线较远的点，以减小偶然误差．5．干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况，使下部大面积空间得不到利用，为此，可使纵坐标不从零开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)，如图乙所示，并且把坐标的比例放大，可使结果的误差减小．此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势，要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|计算出电池的内阻r.五、实验创新1．安—阻法用一个电流表和电阻箱测量，电路如图，测量原理为：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大．2．伏—阻法用一个电压表和电阻箱测量，电路如图，测量原理为：E＝U1＋eq\f(U1,R1)r，E＝U2＋eq\f(U2,R2)r，由此可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小．六、典型题分析题型一：器材选择和数据处理【例1】用如图所示电路测一节干电池的电动势E和内电阻r，所给的器材有：A．电压表V：0～3V和0～15V两个量程；B．电流表A：0～0.6A和0～3AC．滑动变阻器R1(最大电阻为20Ω)；D．滑动变阻器R2(最大电阻为100Ω)E．开关S和导线若干(1)电流表应选用________量程；电压表应选用________量程；滑动变阻器应选________(选填“R1”或“R2”)(2)如图所示U－I图上是根据实验测得的7组数据标出的点．请你画出图线，并由图线求出E＝________V，r＝________Ω.【解析】(1)因为电源的电动势接近V，则电压表应该选择0～3V量程，电池的内阻一般为几欧，则电流表应该选择0～0.6A量程；同时为了方便调节，滑动变阻器应该选择阻值较小的，故选R1.(2)将实验过程中描出的点用直线连接起来，连接时要使尽量多的点在直线上，不在直线上的点尽量分布在直线的两侧．由得到的直线可知，电源电动势为V，在直线上取一点，代入E＝U＋Ir，可以求出电源的内阻为Ω.【答案】(1)0～0.6A0～3VR1；(2)图线如图所示题型二：实验创新【例2】(2023年高考江苏卷)在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图所示的实物电路．(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到________．(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R0＝10Ω的定值电阻两端的电压U.下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是________．(填选“1”或“2”)方案编号电阻箱的阻值R/Ω12(3)根据实验数据描点，绘出的eq\f(1,U)－R图象是一条直线．若直线的斜率为k，在eq\f(1,U)坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E＝________，内阻r＝________.(用k、b和R0表示)【解析】(1)电阻箱接入回路中的电阻越大，回路电流就越小，起保护电源、防止烧坏电压表的作用．(2)方案1中电阻箱接入电路的电阻太大，电压表示数太小，误差太大．因此采用方案2.(3)由闭合电路欧姆定律可知eq\f(E,R0＋R＋r)＝eq\f(U,R0)，eq