测量电源的电动势和内阻优质教案674.pdf

测量电源的电动势和内阻优质教案 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】测量电源的电动势和内阻 适用学科 高中物理 适用年级 高中二年级 知识点 1进一步理解闭合电路欧姆定律，掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法 2掌握用图象法求电动势和内阻的方法；理解并掌握路端电压 U 与干路电流 I 的关系图象(即 UI 图象)与纵、横坐标轴交点坐标的意义以及图象斜率的意义 教学目标 1掌握利用电压表和电流表测量电池电动势和内电阻的方法；2学会利用图线处理数据的方法。3使学生理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能，具备敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神，培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高学生对物理学习的动机和兴趣。教学重点 测量电源的电动势和内阻的原理 教学难点 测量电源的电动势和内阻的误差分析 教学过程 实验目的 1进一步理解闭合电路欧姆定律，掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法 2掌握用图象法求电动势和内阻的方法；理解并掌握路端电压 U 与干路电流 I 的关系图象(即 UI 图象)与纵、横坐标轴交点坐标的意义以及图象斜率的意义 实验原理 本实验的依据是闭合电路的欧姆定律，实验电路如图 1 所示 图 1 1公式法：改变变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组 U、I 值，由U_可得 EU1I1r，EU2I2r，解之 EI1U2I2U1I1I2、rU2U1I1I2，多测 几组数据，分别求出几组电动势 E 和 r 的值，然后求出它们的平均值 2图象法：改变 R 的阻值，多测几组 U、I 值实验中至少测出 6 组 U、I值，且变化范围要大些，图 2 然 后 在 U I 坐 标 系 中 描 点 作 图，所 得 直 线 与 纵 轴 的 交 点 即 为_，图线_的绝对值即为内阻 r 的值如图 2 所示 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 实验步骤 1连接电路 电流表用 A 量程，电压表用 3 V 量程，按图 1 连接好电路 2测量与记录(1)把滑动变阻器的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一端(2)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1、U1)用同样方法测量几组 I、U 值 3数据处理、整理器材(1)断开开关，拆除电路整理好器材(2)取坐标纸，以_为横轴，_为纵轴，描绘出所记录的各组 I、U 值的对应点，连成 UI 图线延长 UI 图线，它与坐标轴有两个交点，读取 E，进一步可以算出 r_，如图 2 所示 注意事项 1本实验采用伏安法正确的实验电路为电流表内接法(如图 1 所示)，不要接成电流表外接法(如图 3 所示)图 3 2合理选择电压表、电流表量程测一节干电池的电动势和内阻时，电压表选 3 V 量程，电流表选 A 量程，滑动变阻器选 010.3应使用内阻大些(用过一段时间)的干电池；在实验中不要将 I 调得过大；每次读完 I 和 U 的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时 E 和r 明显变化 4在作 UI 图线时，要使较多的点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线的两侧，不要顾及个别偏离直线较远的点，以减小偶然误差 5干电池内阻较小时，U 的变化较慢，此时，坐标图中数据点将呈现如图 4甲所示的状况，为此，可使纵坐标不从零开始，如图乙所示，把坐标的比例放大，可使结果的误差减小些此时图线与横轴交点不表示短路电流另外，计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用 r|UI|算出电池的内阻 r.图 4 误差分析 由于实验电路及电压表、电流表内阻的影响，本实验结果 E测E真，r测r真 例题精析 题型一 利用电流表和电压表测电源的电动势和内阻【例 1】某同学将铜片和锌片插入水果中制成一个“水果电池”，该同学利用下列所给器材测量该“水果电池”的电动势 E 和内阻 r.A电流表 A1(量程 A，内阻约 1)B电流表 A2(量程 20 mA，内阻约 50)C电压表 V1(量程 4 V，内阻约 4 k)D电压表 V2(量程 15 V，内阻 15 k)E滑动变阻器 R1(01 000)F滑动变阻器 R2(09 )G待测“水果电池”(电动势 E 约为 4 V，内阻 r 约为 200)H开关 S，导线若干(1)为尽量减小实验的误差，实验中电流表选择_；电压表选择_；滑动变阻器选_ 请在虚线方框中画出实验电路图；(2)该同学实验中记录的 6 组对应的数据如下表，试根据表中数据在图 5 中描点画出 UI 图线；由图线可得，“水果电池”的电动势 E_V，内电阻 r_.图 5 I/mA U/V (3)实验测得的“水果电池”的电动势和内阻与真实值相比，E测_E真，r测_r真(选填“大于”、“小于”或“等于”)题型二 安阻法(利用电流表、电阻箱)测电源的电动势和内电阻 图 6 实验器材：一节干电池、电流表、电阻箱、电键 依据的基本公式：_ 实验原理图：如图 6 所示 用图象法处理实验数据，若作出 R1I图象(或1IR 图象)，图象在 R 轴上的截距即为电源内，图线的斜率即为电动势 E.【例题 2】某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池该同学想测量一下这个电池的电动势 E 和内电阻 r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为，可当标准电阻用)、一只电流表(量程 Ig A，内阻 rg)和若干导线(1)请根据测定电动势 E 和内电阻 r 的要求，设计图 7 中器件的连接方式，画线把它们连接起来 图 7 图 8(2)接通开关，逐次改变电阻箱的阻值 R，读出与 R 对应的电流表的示数 I，并作记录当电阻箱的阻值 R 时，其对应的电流表的示数如图 8 所示处理实验数据时，首先计算出每个电流值 I 的倒数1I；再制作 R1I坐标图，如图 9所示，图中已标注出了(R，1I)的几个与测量对应的坐标点，请你将与图 8 实验数据对应的坐标点也标注在图 9 上 图 9(3)在图 9 上把描绘出的坐标点连成图线(4)根据图 9 描绘出的图线可得出这个电池的电动势 E_V，内电阻r_.题型三 伏阻法(利用电压表、电阻箱)测电源电动势和内电阻 实验器材：图 10 一节干电池、电压表、电阻箱、电键 依据的基本公式：EUURr 或1U1ErE1R 实验原理图：如图 10 所示 用图象法处理数据，若作出1U1R图象，图象在1U轴上的截距为电动势的倒数1/E，斜率为 r/E，由斜率和截距可求得电动势和内电阻 图 11【例题 3】甲同学设计了如图 11 所示的电路测电源电动势 E 及电阻 R1和 R2的阻值实验器材有：待测电源 E(不计内阻)，待测电阻 R1，待测电阻 R2，电压表 V(量程为 V，内阻很大)，电阻箱 R(0)，单刀单掷开关 S1，单刀双掷开关 S2，导线若干(1)先测电阻 R1的阻值请将甲同学的操作补充完整：闭合 S1，将 S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数 r 和对应的电压表示数 U1，保持电阻箱示数不变，_，读出电压表的示数 U2.则电阻 R1的表达式为 R1_.图 12(2)甲同学已经测得电阻 R1，继续测电源电动势 E 和电阻 R2的阻值该同学的做法是：闭合 S1，将 S2切换到 a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R 和对应的电压表示数 U，由测得的数据，绘出了如图 12 所示的1U1R图线，则电源电动势 E_ V，电阻 R2_.题型四 实验的设计和创新【例题 4】使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表，量程为 60 mA 的电流表，电阻箱，导线若干实验时，将多用电表调至1 挡，调好零点；电阻箱置于适当数值完成下列填空：(1)仪器连线如图 13 所示(a 和 b 是多用电表的两个表笔)若两电表均正常工作，则表笔 a 为_(填“红”或“黑”)色；图 13(2)若适当调节电阻箱后，图 13 中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图 14(a)、(b)、(c)所示，则多用电表的读数为_，电流表的读数为_mA，电阻箱的读数为_；(a)(b)(c)图 14(3)将图 13 中多用电表的两表笔短接，此时流过多用电表的电流为_mA；(保留 3 位有效数字)(4)计算得到多用电表内电池的电动势为_V(保留 3 位有效数字)课堂运用 1如图 15 所示为某次测量电源的电动势和内阻所作的图象，有关这个图象的说法正确的是()图 15 A纵轴截距表示待测电源的电动势，即 E3 V B横轴截距表示短路电流，即 I短 A C根据 rE/I短，计算出待测电源内阻为 5 D根据 rU/I，计算出待测电源内阻为 1 2 某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，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 16(a)所示(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 V.将开关 S2_，电压表的示数是 V；断开开关 S1.(3)使用测得的数据，计算出干电池的内阻是_(计算结果保留二位有效数字)(4)由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏_(填“大”或“小”)图 16 3现有一特殊电池，它的电动势 E 约为 9 V，内阻 r 约为 40，已知该电池允许输出的最大电流为 50 mA.为了测量这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图 17 甲所示的电路进行实验，图中电流表的内阻 RA 已经测出，阻值为 5，R 为电阻箱，阻值范围 0，R0为定值电阻，对电路起保护作用(1)实验室备有的定值电阻 R0共有以下几种规格 A10 B50 C150 D500 本实验选用哪一种规格的定值电阻最好_(2)该同学接入符合要求的 R0后，闭合开关 K，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了图乙所示的图线，则根据该同学作出的图线可求得该电池的电动势 E_ V，内阻 r_.甲 乙 图 17 4 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 18 所示的实物电路 图 18(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 R010 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_(选填“1”或“2”)方案编号 电阻箱的阻值 R/1 2 (3)根据实验数据描点，绘出的1UR 图象是一条直线若直线的斜率为 k，在1U坐标轴纵轴上的截距为 b，则该电源的电动势 E_，内阻 r_.(用 k、b 和 R0表示)答案 答案 1EIr 2.电动势值 斜率 1 答案(1)A2 V1 R1 实验电路图见解析(2)UI 图线见解析 190(3)小于 小于 解析(1)实验电路图如下图所示(2)如下图所示，直线与纵轴的截距即为电动势，所以 E V，直线斜率的绝对值即为电源的电阻，所以 r|UI|190.(3)由于电流表 A2的示数是支路电流，而电压表的示数等于实际的路端电压，从而产生系统误差，导致的结果是：E测小于 E真，r测小于 r真 题型二 安阻法(利用电流表、电阻箱)测电源的电动势和内电阻 答案(1)如下图所示(2)、(3)如下图所示(4)解 析 首先 应 理解 本 题 的实 验 原理，由 闭合 电 路欧 姆 定 律可 知：得 REI(rrg)可知在 R1I图象中，图线的斜率就是 E，纵轴截距为(rrg)(1)把它们直接串联即可(2)当 R 时，由图可知，I A，1I2 A1，点(2,见答图(3)见答图，可见是一条倾斜的直线注意连线时：a.不能连成折线，b.为减小偶然误差，个别偏离太远的点舍去 (4)由闭合电路的欧姆定律得 EI(Rrrg)则 REI(rrg)，故图线的斜率 k 表示电池电动势 E 的大小，纵轴截距的绝对值表示内阻(rrg)由答图可知：Ek错误!V V V 范围内均正确)，r 均正确)题型三 伏阻法(利用电压表、电阻箱)测电源电动势和内电阻 答案(1)将 S2切换到 b U2U1U1r(2)(或107)解析(1)将 S2切换到 a 时，电压表示数为 U1，电阻箱电阻为 r，则电路中电流 I1U1r；将 S2切换到 b 时，电压表示数为 U2，则电路中电流为 I2U2rR1，由于 I1I2，解得 R1U2U1U1r.(2)由闭合电路欧姆定律得：EUUR(R1R2)整理得：1UR1R2E1R1E 由题图可得1E，则 E V 将1U，1R代入得：R2.题型四 实验的设计和创新 答案(1)黑(2)(3)102(4)解析(1)由多用电表电流“红表笔进，黑表笔出”，电流表“”接线柱电流流进，“”接线柱电流流出知，a 表笔为黑色表笔 (2)根据题图读数，多用电表读数为，电流表读数为 mA，电阻箱读数为41 6 .(3)从多用电表表盘来看，指针指在电流表“130”处时实际电流为 53 mA，故指针指到最右端“250”处时，实际电流为 53250130 mA102 mA.(4)由 EIRIr 知，E14r，又Er，得 E V.课堂运用 1 答案AD 2 答案(1)如下图所示(2)20 闭合(3)(4)小 解析(1)见答案(2)由图(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 E 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 IUVR错误!A A.(3)因为 IER0Rr，所以 rEIR0R(错误!520).(4)若考虑电压表的内阻，则 S1闭合 S2断开时，电压表示数为该表两端电压小于电源电动势 3答案(1)C(2)10 45 解析(1)回路中的最小电阻 R总950103 180，R0为保护电阻，当 R0 时，电源电流也不会超出 50 mA，此时 R0R总rRA135，C最合适，A、B 太小起不到保护作用，D 太大，会使电路中的电流测量范围太小 (2)由闭合电路的欧姆定律有 EI(rR0RAR)得 1IrR0RARErRAE1E(RR0)r5E1E(RR0)，图线的斜率为1E，由图线知斜率 k45541021E得 E10 V，与纵轴的截距为r5E5，解得 r45.4 答案(1)最大值(2)2(3)1kR0 bkR0 解析(1)电阻箱接入回路中的电阻越大，回路电流越小，起保护电源，防止烧坏电压表的作用，所以应将电阻箱的电阻调到最大(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 ER0RrUR0，1U1ER0RR0rER0，所以1ER0k，R0rER0b，解得：E1kR0，rbkR0.