2019-2020年高中物理 第二章 第13讲 实验 测定电池的电动势和内阻教学案 新人教版选修3-1.doc

2019-2020年高中物理 第二章 第13讲 实验 测定电池的电动势和内阻教学案 新人教版选修3-1目标定位1.知道测定电池的电动势和内阻的实验原理，进一步感受路端电压随电流变化的关系.2.通过实验过程，掌握实验方法，学会根据图象合理外推进行数据处理的方法.3.尝试分析电源电动势和内阻的测量误差，了解测量中减小误差的方法测电池电动势和内阻的实验方案有以下三种1伏安法：由EUIr知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表，电路图如图2131所示2安阻法：由EIRIr可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图2132所示图21333伏阻法：由EUr知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图2133所示.一、实验步骤(以伏安法为例)1电流表用00.6 A量程，电压表用03 V量程，按实验原理图连接好电路(如图2131)2把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最大3闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)用同样的方法测量几组I、U值4断开开关，整理好器材5处理数据，用公式法和作图法这两种方法求出电池的电动势和内阻二、实验数据的处理1求平均值法：由EU1I1r，EU2I2r可解得E，r.可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值2作UI图象法图2134(1)本实验中，为了减少实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据多次测出的U、I值，作UI图象；(2)将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就是电池电动势E；(3)横轴截距点(路端电压U0)意味着短路情况，它的数值就是短路电流；(4)图线斜率的绝对值即电池的内阻r，即r|，如图2134所示. 三、注意事项1为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表2实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化3当干电池的路端电压变化不很明显时，作图象时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始图2135如图2135所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r|求出四、误差分析1偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作UI图象时描点不准确2系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在UI坐标系中表示出来，可以得到E测E真，r测r真典例分析 例1在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中(1)备有如下器材A干电池1节B滑动变阻器(020 )C滑动变阻器(01 k)D电压表(03 V)E电流表(00.6 A)F电流表(03 A)G开关、导线若干其中滑动变阻器应选_，电流表应选_(只填器材前的序号)(2)为了最大限度的减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图图2136(3)某同学根据实验数据画出的UI图象如图2136所示，由图象可得电池的电动势为_ V，内电阻为_ .答案(1)BE(2)见解析(3)1.5 V1 解析(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因电源内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可，故滑动变阻器应选B.(也可以从便于调节的角度来分析，应该选择阻值较小的滑动变阻器)电流表的量程要大于电源允许通过的电流，对于电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5 A，故需要选择00.6 A，所以电流表应选E.(2)电路图如图所示(3)由UI图象可知：纵截距为1.5 V，故电池的电动势为1.5 V；内电阻r 1 .例2用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r，所用电路如图2137(a)所示，一位同学测得的六组数据如下表所示.组别123456电流I/A0.120.200.310.320.500.57电压U/V1.371.321.241.181.101.05(1)试根据这些数据在图2137(b)中作出UI图线图2137(2)根据图线求出电池的电动势E_V，电池的内阻r_.答案(1)见解析图(2)1.450.69解析本题考查用作图法处理实验数据的能力作图线时应使尽可能多的点落在直线上，个别偏离太远的点应舍去，图线如图所示由图线与纵轴的交点可得电动势E1.45 V，再读出图线与横轴交点的坐标(1.00,0.65)，由EUIr得r0.69 .例3某研究性学习小组利用如图2138甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r.根据实验数据绘出如图2138乙所示的R 图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E_，r_.图2138答案2.9 V0.9 解析由欧姆定律有，EI(Rr)，Rr.由此知图线的斜率为电动势E，纵轴截距大小为内阻r.E V2.9 V，r0.9 .(时间：60分钟)1用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，下列说法中错误的是()A应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表读数变化明显B应选用内阻较小的电压表和电流表C移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载D使滑动变阻器阻值尽量大一些，测量误差才小答案BD解析伏安法测电池的电动势和内阻实验中，应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表，滑动变阻器阻值不能太大，如果太大不便于调节2为测定电池的电动势和内阻，待测电池、开关、导线配合下列仪器可达到实验目的的是()A一只电流表和一只电阻箱B一只电压表和一只电阻箱C一只电流表和一个滑动变阻器D一只电压表和一个滑动变阻器答案AB解析由EIRIr知测E、r用一只电流表测电流，用电阻箱改变外电阻并可读出阻值，只要获得两组I、R数据即可求得E、r，用滑动变阻器无法确定接入电路的电阻，故A正确，C不可行；由EUr知测E、r用一只电压表和一只电阻箱可获得两组U、R值求出E、r，故B正确；若用一只电压表和一个滑动变阻器不可以，因滑动变阻器接入电路的阻值无法确定，故D不能达到目的3在测定一节干电池(电动势约为1.5 V，内阻约为2 )的电动势和内阻的实验中，滑动变阻器和电压表各有两个供选：A电压表量程为15 V; B电压表量程为3 V；C变阻器为(20 ，3 A); D变阻器为(500 ，0.2 A)(1)电压表应该选_(选填“A”或“B”)，这是因为_(2)变阻器应选_(选填“C”或“D”)，这是因为_答案(1)B读数既准确、又方便(2)C滑动变阻器D的额定电流太小，最大阻值太大，调节不方便解析本题主要考查学生对电学仪器的选择电学仪器的选择最主要的有两条原则：(1)安全，即不能超量程；(2)方便，即便于读数和调节由于电源电动势约为1.5 V，故选量程为03 V的电压表，读数既准确，又方便，D滑动变阻器的额定电流太小，阻值大，调节不方便，故选C变阻器4给你一个电压表、一个电阻箱、电键及导线等器材：(1)在虚线框内画出根据闭合电路欧姆定律测定一节旧的干电池的电动势和内阻的实验电路图(2)在实验过程中，将电阻箱拨到45 时，电压表读数为0.90 V；若将电阻箱拨到如图2139甲所示的位置时，电压表读数如图2139乙表盘所示根据以上数据，可以算出该节电池的电动势E_ V，内电阻r_ .图2139答案(1)电路图如图所示(2)1.320解析由E0.9r，E1r，得E1.3 V，r20 .5在利用伏安法测定电池的电动势和内电阻的实验中，某同学的实际连线如图21310甲所示(电流表A：00.63 A，电压表V：0315 V)(1)经仔细检查、诊断知，该图中有两处不太合理的连线，那么这两处不太合理的连线对应的编号是_(2)若利用改正后的正确的连线图，实验后，测得数据，并画出电源的输出特性图象(UI图)如图乙则该电源的电动势为_，电源内阻为_图21310答案(1)(2)3 V2 6某同学在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5 的保护电阻R0，实验电路如图21311甲所示(1)按图甲电路原理图将图乙实物连接起来；甲乙图21311(2)该同学按上述电路原理图正确连接好实验电路，合上开关S后，当滑动变阻器的滑动触头P由A端向B端逐渐滑动时，发现电流表的示数逐渐增大，而电压表的示数几乎不变，直到当滑动触头P滑至邻近B端时，电压表的示数急剧变化，出现上述情况的原因是_.(3)该同学顺利完成实验，测出的数据如下表所示请你根据这些数据帮他在图21312中画出UI图象，并由图得出电池的电动势E_ V，内阻r_ ；I/A0.100.170.230.30U/V1.201.000.800.60图21312答案(1)如图所示(2)滑动变阻器的总电阻太大(3)1.483.0如图所示7某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内电阻，使用的器材还包括定值电阻(R05 )一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图21313(a)(1)在图(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接(2)请完成下列主要实验步骤：检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图(c)所示，读得电阻值是_；将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49 V；将开关S2_，电压表的示数是1.16 V；断开开关S1.(3)使用测得的数据，计算出干电池的内阻是_(计算结果保留两位有效数字)图21313答案(1)如图所示(2)20 闭合(3)0.69 解析(2)由题干图(c)读得电阻箱阻值为R20 ；将S1闭合S2断开，电压表示数为电源电动势E1.49 V，将S2再闭合，电压表示数为R两端电压将电压表视为理想电表，则干路电流I A0.058 A.(3)因为I，所以rR0R 0.69 .8如图21314甲是利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图图中S为开关，R为滑动变阻器，固定电阻R1和A1内阻之和为10 000 (比r和滑动变阻器的总电阻大得多)，A2为理想电流表图21314(1)按电路原理图在图乙虚线框内各实物图之间画出连线(2)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至_(选填“a端”、“中央”或“b端”)(3)闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置，读出电流表A1和A2的示数I1和I2.多次改变滑动端c的位置，得到的数据为I1/mA0.1200.1250.1300.1350.1400.145I2/mA48040032023214068图21315在如图21315所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1I2曲线(4)利用所得曲线求得电源的电动势E_V，内阻r_.(保留两位小数)(5)该电路中电源输出的短路电流Im_A.答案(1)见解析图(2)b端(3)见解析图(4)1.490.60(5)2.5解析(1)由电路图连线如图(2)闭合开关S前，为保护电路，应使连入电路的滑动变阻器阻值最大，故滑动端c置于b端(3)连线如图(4)电路中A1与R1串联等效于电压表，纵轴截距为0.149 mA，对应电压值U0.149103104 V1.49 V，故电动势E1.49 V，内阻r0.60 .(5)短路电流Im A2.5 A.9贾老师要求同学们测出一待测电源的电动势及内阻所给的实验器材有：待测电源E，定值电阻R1(阻值未知)，电压表V(量程为3.0 V，内阻很大)，电阻箱R(099.99 )，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干图21316(1)珊珊连接了一个如图21316所示的电路，她接下来的操作是：将S2接到a ，闭合S1，拨动电阻箱旋钮，使各旋钮盘的刻度处于如图21317甲所示的位置，记录下对应的电压表示数为2.20 V，然后断开S1；保持电阻箱示数不变，将S2切换到b，闭合S1，记录此时电压表的读数(电压表的示数如图乙所示)，然后断开S1.图21317请你解答下列问题：图甲所示电阻箱的读数为_ ，图乙所示的电压表读数为_ V由此可算出定值电阻R1的阻值为_ (计算结果保留两位小数)在珊珊上面第步的操作中，有一处不恰当，请您帮她指出来_(2)在完成上述操作后，珊珊继续以下的操作：将S2切换到a，多次调节电阻箱，闭合S1，读出多组电阻箱的示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图丙所示的图线由此可求得电源电动势E和电源内阻r，其中E_ V(计算结果均保留两位小数)答案(1)202.805.45 应在切断电源的情况下调节变阻箱(2)2.86(内阻0.26 )解析此题通过实验操作、读数以及对实验方法的理解等多方面考查考生的实验探究能力(1)电阻箱的阻值等于210 20 .图乙电压表的示数为2.80 V，根据闭合电路欧姆定律得，R1 5.45 .调节电阻箱时，需切断电源；(2)将定值电阻等效到电源的内部，根据EU r得，知纵轴截距的倒数为电动势，所以E V2.86 V.