2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第2章 第10節(jié) 實驗測定電池的電動勢和內阻（教案）.doc

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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) 實驗測定電池的電動勢和內阻（教案） 【知識與技能】 1、掌握測量電源電動勢和內阻的實驗原理、會設計實驗方案. 2、科學的操作實驗，會根據實驗要求設計表格，正確記 錄數據，圖像法處理數據. 【過程與方法】 1、 分組設計實驗，學生動手連接實物圖，操作實驗，設計表格 2、圖像法處理數據． 【情感態(tài)度與價值觀】 1、培養(yǎng)仔細觀察、真實記錄實驗數據等良好的實驗習慣和實事求是的品質. 2、激發(fā)學習興趣，培養(yǎng)學生科學探究精神和敢于實踐的勇氣. 【教學過程】 一、實驗原理 根據閉合電路歐姆定律可以有下面三種方案求出電池的電動勢和內阻． 方案1.伏安法測電動勢E和內電阻r (1)如圖甲所示，改變滑動變阻器的阻值，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、電阻箱測電動勢E和內電阻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數據，就可以列出兩個關于E、r的方程：E＝I1(R1＋r)　E＝I2(R2＋r) 聯(lián)立就可以解出結果，實驗電路如圖所示． 方案3.用電壓表、電阻箱測電動勢E和內電阻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數據，就可以列出兩個關于E、r的方程： E＝U1＋　E＝U2＋ 聯(lián)立就可以解出結果，實驗電路如圖所示． 二、實驗器材 在不同的方案中需要的實驗器材略有不同，分別如下： 方案1：待測電池一節(jié)，電流表、電壓表各一個，滑動變阻器一個，開關一個，導線若干． 方案2：待測電池一節(jié)，電流表一個，電阻箱一個，開關一個，導線若干． 方案3：待測電池一節(jié)，電壓表一個，電阻箱一個，開關一個，導線若干． 三、實驗步驟 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．把滑動變阻器滑片移到使電阻最大的一端． 3．閉合開關，調節(jié)變阻器，使電流表有明顯的示數，記錄一組數據(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，調節(jié)變阻器，使電流表有明顯的示數，記錄一組數據(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，整理好器材． 四、數據處理 1．公式法：把測量的幾組數據分別代入E＝U＋Ir中，然后兩個方程為一組，解方程求出幾組E、r的值，最后對E、r分別求平均值作為測量結果． 2．圖象法 (1)以I為橫坐標，U為縱坐標建立直角坐標系，根據幾組I、U的測量數據在坐標系中描點； (2)用直尺畫一條直線，使盡量多的點落在這條直線上，不在直線上的點，能大致均衡地分布在直線兩側； (3)如圖所示： ①圖線與縱軸交點為E. ②圖線與橫軸交點為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以及作UI圖象時描點不準確． 2．系統(tǒng)誤差 (1)電流表相對于待測電阻(電源內阻)外接(如圖1所示) ①產生原因：由于電壓表分流IV，使電流表示數I小于電池的輸出電流I真．I真＝I＋IV，而IV＝，U越大，IV越大． ②測量值與真實值的大小比較：測量值和真實值的關系可用圖2表示．實測的圖線為AB，經過IV修正后的圖線為A′B，可看出AB的斜率絕對值和在縱軸上的截距都小于A′B，即實測的E和r都小于真實值． (2)電流表相對于待測電阻(電源內阻)內接(如圖3所示) ①產生原因：由于電流表的分壓作用，使得電壓表的讀數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，若電源內阻較小時，不能采用圖3中的測量電路，盡管電動勢的測量值準確，但內阻的測量誤差很大，因此要選用圖1中的測量電路． 六、注意事項 1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內阻宜大些，宜選用舊電池和內阻較大的電壓表． 2．電池在大電流放電時極化現(xiàn)象較嚴重，電動勢E會明顯下降，內阻r會明顯增大，故長時間放電電流不宜超過0.3 A，短時間放電電流不宜超過0.5 A．因此實驗中不宜將I調得過大，讀電表的示數要快，每次讀完后應立即斷電． 3．當干電池的路端電壓變化不很明顯時，作圖象時，縱軸單位可取的小一些，且縱軸起點可不從零開始． 如圖所示，此時圖線與縱軸交點仍為電池的電動勢E，但圖線與橫軸交點不再是短路電流，求內阻時要在直線上取相隔較遠的兩點，用r＝求出． 4．為了提高測量的精確度，在實驗中I、U的變化范圍要大一些，計算E、r時，U1和U2、I1和I2的差值要大一些． 5．用伏安法測電動勢E和內電阻r時，可以設計成兩種電路． 如圖所示，在實驗中我們選擇甲圖的原因有：依據閉合電路的歐姆定律E＝U＋Ir，在實驗中需要測路端電壓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的路端電壓．這兩個電路都存在系統(tǒng)誤差，由于電流表的電阻和電源的內阻差不多大，則乙圖測量的電源內阻阻值和真實值相差太大．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勢，對一節(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)滑動變阻器的選擇：滑動變阻器的最大電阻為待測電阻的幾倍時較好，在該實驗中因電源內阻比較小，故滑動變阻器選擇較小一點的即可． 【典型例題】某同學做“測定電動勢約2V內阻約幾Ω的電池的電動勢和內阻”實驗。 （1）他采用如左圖所示的實驗電路進行測量?，F(xiàn)有下列器材供選用： A. 電壓表（0～15 V，內阻約20 kΩ） B. 電壓表（0～3 V，內阻約10kΩ） C. 電流表（0～0.6 A，內阻約0.4 Ω） D. 電流表（0～3 A，內阻約1 Ω） E. 滑動變阻器（500 Ω，1 A） F. 滑動變阻器（20 Ω，2 A） 實驗中所用電壓表應選 ，電流表應選用 ，滑動變阻器應選用 ． （2）右圖中給出了做實驗所需要的各種儀器。請你按電路圖把它們連成實驗電路。（在答題卷先用鉛筆連線，確定準確無誤后，再用簽字筆連線） （3）根據實驗數據做出U-I圖象，如圖所示，蓄電池的電動勢E= V，內電阻r= Ω。（結果保留2位有效數字） 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）這位同學對以上實驗進行了誤差分析。其中正確的是 。 A. 實驗產生的系統(tǒng)誤差，主要是由于電流表的分壓作用 B. 實驗產生的系統(tǒng)誤差，主要是由于電壓表的分流作用 C. 實驗測出的內阻大于真實值 D. 實驗測出的電動勢小于真實值 【答案】（1）B；C；F（2）如圖所示；（3）2.0，3.7或3.8；（4）BD；