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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第2章 第10節(jié) 實(shí)驗(yàn)測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻（教案） 【知識(shí)與技能】 1、掌握測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理、會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案. 2、科學(xué)的操作實(shí)驗(yàn)，會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)表格，正確記 錄數(shù)據(jù)，圖像法處理數(shù)據(jù). 【過程與方法】 1、 分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生動(dòng)手連接實(shí)物圖，操作實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)表格 2、圖像法處理數(shù)據(jù)． 【情感態(tài)度與價(jià)值觀】 1、培養(yǎng)仔細(xì)觀察、真實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和實(shí)事求是的品質(zhì). 2、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神和敢于實(shí)踐的勇氣. 【教學(xué)過程】 一、實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)閉合電路歐姆定律可以有下面三種方案求出電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻． 方案1.伏安法測電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r (1)如圖甲所示，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，從電流表、電壓表中讀出幾組I和U的值，由U＝E－Ir可得： E＝，r＝. 方案2.用電流表、電阻箱測電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r 由閉合電路的歐姆定律得：E＝I(R＋r) 用電流表測干路中的電流，通過改變電路中的電阻，測出兩組R、I數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程：E＝I1(R1＋r)　E＝I2(R2＋r) 聯(lián)立就可以解出結(jié)果，實(shí)驗(yàn)電路如圖所示． 方案3.用電壓表、電阻箱測電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r 由閉合電路的歐姆定律得：E＝U＋ 用電壓表測得路端電壓，通過改變電路中的電阻，測出兩組U、R數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程： E＝U1＋　E＝U2＋ 聯(lián)立就可以解出結(jié)果，實(shí)驗(yàn)電路如圖所示． 二、實(shí)驗(yàn)器材 在不同的方案中需要的實(shí)驗(yàn)器材略有不同，分別如下： 方案1：待測電池一節(jié)，電流表、電壓表各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干． 方案2：待測電池一節(jié)，電流表一個(gè)，電阻箱一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干． 方案3：待測電池一節(jié)，電壓表一個(gè)，電阻箱一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干． 三、實(shí)驗(yàn)步驟 1．電流表用0.6 A量程，電壓表用3 V量程按圖連接好電路． 2．把滑動(dòng)變阻器滑片移到使電阻最大的一端． 3．閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯的示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(I，U)，填入下面的表格，用同樣的方法測量幾組I，U值，填入表格 3．閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯的示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(I，U)，填入下面的表格，用同樣的方法測量幾組I，U值，填入表格 4.斷開開關(guān)，整理好器材． 四、數(shù)據(jù)處理 1．公式法：把測量的幾組數(shù)據(jù)分別代入E＝U＋I(xiàn)r中，然后兩個(gè)方程為一組，解方程求出幾組E、r的值，最后對(duì)E、r分別求平均值作為測量結(jié)果． 2．圖象法 (1)以I為橫坐標(biāo)，U為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)幾組I、U的測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)； (2)用直尺畫一條直線，使盡量多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)，能大致均衡地分布在直線兩側(cè)； (3)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＝. ③圖線的斜率表示r＝. 五、誤差分析 1．偶然誤差 主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作UI圖象時(shí)描點(diǎn)不準(zhǔn)確． 2．系統(tǒng)誤差 (1)電流表相對(duì)于待測電阻(電源內(nèi)阻)外接(如圖1所示) ①產(chǎn)生原因：由于電壓表分流IV，使電流表示數(shù)I小于電池的輸出電流I真．I真＝I＋I(xiàn)V，而IV＝，U越大，IV越大． ②測量值與真實(shí)值的大小比較：測量值和真實(shí)值的關(guān)系可用圖2表示．實(shí)測的圖線為AB，經(jīng)過IV修正后的圖線為A′B，可看出AB的斜率絕對(duì)值和在縱軸上的截距都小于A′B，即實(shí)測的E和r都小于真實(shí)值． (2)電流表相對(duì)于待測電阻(電源內(nèi)阻)內(nèi)接(如圖3所示) ①產(chǎn)生原因：由于電流表的分壓作用，使得電壓表的讀數(shù)比電源的路端電壓小，電流表測得的電流等于流過電源的電流，所以在流過電流相同的情況下，U測＜U真 ②測量值和真實(shí)值的大小比較：依照分析可繪制出圖4圖線，可以從圖線的意義得E測＝E真，r測＞r真． 綜合上述，任一種電路都存在系統(tǒng)誤差，若電源內(nèi)阻較小時(shí)，不能采用圖3中的測量電路，盡管電動(dòng)勢的測量值準(zhǔn)確，但內(nèi)阻的測量誤差很大，因此要選用圖1中的測量電路． 六、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)阻宜大些，宜選用舊電池和內(nèi)阻較大的電壓表． 2．電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象較嚴(yán)重，電動(dòng)勢E會(huì)明顯下降，內(nèi)阻r會(huì)明顯增大，故長時(shí)間放電電流不宜超過0.3 A，短時(shí)間放電電流不宜超過0.5 A．因此實(shí)驗(yàn)中不宜將I調(diào)得過大，讀電表的示數(shù)要快，每次讀完后應(yīng)立即斷電． 3．當(dāng)干電池的路端電壓變化不很明顯時(shí)，作圖象時(shí)，縱軸單位可取的小一些，且縱軸起點(diǎn)可不從零開始． 如圖所示，此時(shí)圖線與縱軸交點(diǎn)仍為電池的電動(dòng)勢E，但圖線與橫軸交點(diǎn)不再是短路電流，求內(nèi)阻時(shí)要在直線上取相隔較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，用r＝求出． 4．為了提高測量的精確度，在實(shí)驗(yàn)中I、U的變化范圍要大一些，計(jì)算E、r時(shí)，U1和U2、I1和I2的差值要大一些． 5．用伏安法測電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r時(shí)，可以設(shè)計(jì)成兩種電路． 如圖所示，在實(shí)驗(yàn)中我們選擇甲圖的原因有：依據(jù)閉合電路的歐姆定律E＝U＋I(xiàn)r，在實(shí)驗(yàn)中需要測路端電壓U和電源中的電流I，可以看出，甲圖中由于電壓表的分流作用，使電流表測得的不是真實(shí)的電源中的電流；乙圖中由于電流表的分壓作用，電壓表測得的不是真實(shí)的路端電壓．這兩個(gè)電路都存在系統(tǒng)誤差，由于電流表的電阻和電源的內(nèi)阻差不多大，則乙圖測量的電源內(nèi)阻阻值和真實(shí)值相差太大．故電流表的分壓作用不能忽略，所以選用甲圖電路較好． 6．儀器的選擇 (1)電流表量程的選擇：量程要大于電源允許通過的最大電流，對(duì)于電池來講允許通過的最大電流是0.5 A故需要選0～0.6 A． (2)電壓表量程的選擇：量程要大于電源電動(dòng)勢，對(duì)一節(jié)干電池來講，電壓表量程在大于1.5 V的前提下越小越好． (3)滑動(dòng)變阻器的選擇：滑動(dòng)變阻器的最大電阻為待測電阻的幾倍時(shí)較好，在該實(shí)驗(yàn)中因電源內(nèi)阻比較小，故滑動(dòng)變阻器選擇較小一點(diǎn)的即可． 【典型例題】某同學(xué)做“測定電動(dòng)勢約2V內(nèi)阻約幾Ω的電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)。 （1）他采用如左圖所示的實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行測量?，F(xiàn)有下列器材供選用： A. 電壓表（0～15 V，內(nèi)阻約20 kΩ） B. 電壓表（0～3 V，內(nèi)阻約10kΩ） C. 電流表（0～0.6 A，內(nèi)阻約0.4 Ω） D. 電流表（0～3 A，內(nèi)阻約1 Ω） E. 滑動(dòng)變阻器（500 Ω，1 A） F. 滑動(dòng)變阻器（20 Ω，2 A） 實(shí)驗(yàn)中所用電壓表應(yīng)選 ，電流表應(yīng)選用 ，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用 ． （2）右圖中給出了做實(shí)驗(yàn)所需要的各種儀器。請(qǐng)你按電路圖把它們連成實(shí)驗(yàn)電路。（在答題卷先用鉛筆連線，確定準(zhǔn)確無誤后，再用簽字筆連線） （3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出U-I圖象，如圖所示，蓄電池的電動(dòng)勢E= V，內(nèi)電阻r= Ω。（結(jié)果保留2位有效數(shù)字） 1.5 0.50 2.5 0 0.10 0.40 I/A 1. 0 2.0 0.20 0.30 0.50 U/V （4）這位同學(xué)對(duì)以上實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了誤差分析。其中正確的是 。 A. 實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，主要是由于電流表的分壓作用 B. 實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，主要是由于電壓表的分流作用 C. 實(shí)驗(yàn)測出的內(nèi)阻大于真實(shí)值 D. 實(shí)驗(yàn)測出的電動(dòng)勢小于真實(shí)值 【答案】（1）B；C；F（2）如圖所示；（3）2.0，3.7或3.8；（4）BD；