2019-2020年高中物理 4.2《測定電源電動勢和內(nèi)阻》學(xué)案 滬科版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 4.2《測定電源電動勢和內(nèi)阻》學(xué)案 滬科版選修3-1 【預(yù)習學(xué)案】 1．現(xiàn)在有一個干電池，要想測出其電動勢和內(nèi)電阻，你需要什么儀器，采用什么樣的電路圖，原理是什么？ 2．根據(jù)閉合電路的歐姆定律，路端電壓U=E-Ir.若測出兩組（I、U）的值，寫出電源電動勢和內(nèi)阻的表達式。 3.圖像法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點是什么？如何應(yīng)用I、U圖線求電源電動勢和內(nèi)阻？ 【新課學(xué)案】 【實驗?zāi)康摹? 測定電池的電動勢和內(nèi)電阻 【實驗原理】 由閉合電路的歐姆定律E =U+Ir知，路端電壓U=E—Ir，對給定的電源，E、r為常量，因此路端電壓U是電流I的一次函數(shù)。將電池、電流表、電壓表，可變電阻連接成如圖7-1所示的電路，改變可變電阻R的阻值，可以測得多組I、U值。將它們描在U—I坐標中，圖線應(yīng)該是一條直線。顯然，直線在U坐標上的截距值就是電池電動勢，直線斜率的絕對值就是電池的內(nèi)阻的大小。 上述用作圖的方法得出實驗結(jié)果的方法，具有直觀、簡便的優(yōu)點。 【步驟規(guī)范】 實 驗 步 驟 操 作 規(guī) 范 一.連接實驗電路 1．將電流表、電壓表機械調(diào)零 2．布列實驗器材，接圖連接實驗電路 A V R S E r 1．若表針不在零位，用螺絲刀旋動機械調(diào)零螺釘，使其正對 2．⑴實驗器材應(yīng)放置在合適的位置，應(yīng)使電鍵、滑動變阻器便于操作；電表刻度盤應(yīng)正對實驗者 ⑵電鍵接入電路前，處于斷開位置；閉合電鍵前，滑動變阻器阻值置于最大；導(dǎo)線連接無“丁”字形接線 ⑶電流表量程0.6A，電壓表量程3V 二．讀取I、U數(shù)據(jù) 1．調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，閉合電鍵，讀取一組電流表和電壓表的讀數(shù) 2．改變滑動變阻器的阻值，閉合電鍵，讀取電流表和電壓表讀數(shù)，共測8-10組 1．⑴滑動變阻器的阻值由大到小變化，使電路中電流從小到大平穩(wěn)地改變，適時地讀取I、U讀數(shù) ⑵電流表和電壓表讀數(shù)正確，有估讀 ⑶必要時要及時改變電表量程 2．每次實驗后，都要及時斷開電源 三．拆除電路，儀器復(fù)原 【注意事項】 1．使用內(nèi)阻大些（用過一段時間）的干電池，在實驗中不要將I調(diào)得過大，每次讀完U、I讀數(shù)立即斷電，以免于電池在大電流放電時極化現(xiàn)象過重，E、r明顯變化． 2．在畫U－I圖線時，要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側(cè)，而不要顧及個別離開較遠的點以減少偶然誤差． 3．干電池內(nèi)阻較小時U的變化較小，坐標圖中數(shù)據(jù)點將呈現(xiàn)如圖3甲所示的狀況，下部大面積空間得不到利用，為此可使坐標不從零開始，如圖3乙所示，把坐標的比例放大，可使結(jié)果的誤差減小些．此時圖線與橫軸交點不表示短路電流．計算內(nèi)阻要在直線上任取兩個相距較遠的點，用 r=|ΔU/ΔI|計算出電池的內(nèi)阻r． 4．實驗誤差的來源與分析 （1）每次讀完電表示數(shù)沒有立即斷電，造成E、r變化； （2）測量電路存在系統(tǒng)誤差，I真＝I測十Iv，未考慮電壓表分流． 【典型例題】 【例1】測量電源電動勢和內(nèi)電阻的器材如圖A所示，請用實線表示導(dǎo)線，將圖A中器材連成實驗用電路。實驗時經(jīng)測量得出的數(shù)據(jù)如下表，請在下圖B的方格紙上畫出U—I圖線。利用圖線可求出電源電動勢E＝ ，內(nèi)電阻r＝ 。 1 2 3 4 5 6 I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 － 0.6A 3A － 3V 15V 答案：.E=1.44~1.46V r＝0.68~0.72Ω 圖略 【例2】利用伏安法測量干電池的電動勢和內(nèi)阻，現(xiàn)有的器材為： V 干電池：電動勢約為1.5 V，符號 A 電壓表：量程1 V，內(nèi)阻998.3 Ω，符號 電流表：量程1 A，符號 滑動變阻器：最大阻值10Ω，符號 電阻箱：最大阻值99999.9 Ω，符號 單刀單擲開關(guān)1個，符號 導(dǎo)線若干 ①設(shè)計測量電源電動勢和內(nèi)阻的電路并將它畫在指定的方框內(nèi)，要求在圖中標出電壓表、電流表的接線柱的正負。 V A E r S ②為了滿足本實驗要求并保證實驗的精確度，電壓表量程應(yīng)擴大為原量程的 倍，電阻箱的阻值應(yīng)為 Ω。 答案：① ② 2； 998.3 【例3】用電流表和電壓表測電源的電動勢和內(nèi)電阻。 （1）在下面方框中完成所需電路。 （2）右圖所示是根據(jù)兩個電源的測量數(shù)據(jù)繪制的圖線。由圖可知：圖線與電壓U軸的交點表示 ；電源Ⅰ的內(nèi)電阻 電源Ⅱ的內(nèi)電阻（填“大于、小于或等于”）。 （3）圖中兩直線 Ⅰ、Ⅱ的交點表示兩個電路中 相等。 O I/A U/V Ⅰ Ⅱ A V 答案：（1）（2分）見圖 （2）電源的電動勢；小于（2分） （3）外電壓、電路中電流強度、外電路消耗的電功率和外電路電阻（只要寫出2個） 【練習學(xué)案】 1.用電流表和電壓表測定電池的電動勢E和內(nèi)阻r，所用的電路如左下圖所示，一位同學(xué)測得的五組數(shù)據(jù)如表中所示. I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 （1）試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在右上圖中作U—I圖線. （2）根據(jù)圖線得出電池的電動勢E=_______V，根據(jù)圖線得出的電池內(nèi)阻r=_______Ω. （3）若不作出圖線，只選用其中兩組U和I的數(shù)據(jù)，可利用公式E=U1+I1r和E=U2+I2r算出E和r，這樣做可能得出誤差較大的數(shù)值，選用第_______組和第_______組的數(shù)據(jù)，求得E和r誤差最大？ 2.在做“測定電池電動勢和內(nèi)電阻”的實驗時，有位同學(xué)按圖甲所示電路進行連接，他共用6根導(dǎo)線，即aa′、bb′、cc′、dd′、b′e及df，由于混進了一根內(nèi)部斷開的導(dǎo)線，所以當他按下開關(guān)K后，發(fā)現(xiàn)兩個電表的指針都不偏轉(zhuǎn).他用多用電表電壓檔測量ab′間電壓，讀數(shù)約為1.5 V（已知電池電動勢約為1.5 V).為了確定哪一根導(dǎo)線的內(nèi)部是斷開的，可以再用多用電表的電壓檔測量_______兩點間的電壓，如果約為1.5 V，則一定是_______導(dǎo)線斷開；如果是_______V，則一定是_______導(dǎo)線斷開. 另一同學(xué)按圖甲把線路連接正確后，通過改變滑動變阻器接觸點的位置測出了幾組U、I的值，圖乙是根據(jù)6組數(shù)據(jù)在U—I圖上畫出的點和相應(yīng)的U—I圖線.根據(jù)這一圖線，可求出電池的電動勢E=_______V，內(nèi)電阻r=_______Ω，如果他不利用這一圖線，而是只利用任意兩組U、I數(shù)據(jù)，那么當他選擇_______、_______兩組時，求出的E、r值誤差最大. 參考答案： 1.解析：（1）U—I圖線如下圖所示，作圖線時應(yīng)把個別誤差較大的點舍棄. (2)由直線與縱軸的交點可讀出電池的電動勢E=1.46 V，再讀出圖線與橫軸的交點坐標（1.00 V,0.62 A)，據(jù)閉合電路的歐姆定律E=U+Ir得r===0.74 Ω.故E=1.46 V,r=0.74 Ω. （3）選用第3組和第4組數(shù)據(jù)求得的E和r誤差最大.不需要利用所給的5組數(shù)據(jù)分別進行計算，利用所作的圖線可以看出，選用這兩組數(shù)據(jù)求E和r，相當于過圖中3和4兩點作一條直線，利用此直線求出E和r，而此直線與所畫的直線偏離最大，實際上，第四組數(shù)據(jù)不合理，已經(jīng)排除. 選用第3組和第4組數(shù)據(jù)，求得E和r誤差最大. 2.aa′ aa′ 0 bb′ 1.45 0.95 4 5