1、第五節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻12022/7/30 星期六課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理，進(jìn)一步感受電源路端電壓隨電流變化的關(guān)系2經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過(guò)程，掌握實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)會(huì)根據(jù)圖像合理外推進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法3嘗試進(jìn)行電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻測(cè)量誤差的分析，了解測(cè)量中減小誤差的方法重點(diǎn)難點(diǎn)：利用圖像法求電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻；實(shí)驗(yàn)誤差分析22022/7/30 星期六核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練第五節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻課前自主學(xué)案32022/7/30 星期六課前自主學(xué)案一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?知道測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)一步感受電源路端電壓隨電流變化的關(guān)系2經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過(guò)

2、程，掌握實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)會(huì)根據(jù)圖像合理外推進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法3嘗試進(jìn)行電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻測(cè)量誤差的分析，了解測(cè)量中減小誤差的方法4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)事求是的科學(xué)品質(zhì)42022/7/30 星期六滑動(dòng)變阻器一只鉛筆電壓表電流表圖251二、實(shí)驗(yàn)器材待測(cè)電池一節(jié)，電流表(00.6 A)、電壓表(03 V)各一塊，_，開(kāi)關(guān)一只，導(dǎo)線若干，_，坐標(biāo)紙三、實(shí)驗(yàn)原理1電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r及路端電壓U可以寫(xiě)成EUIr，如果能得到U、I兩組數(shù)據(jù)，就能解得電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，用_和_加上一個(gè)滑動(dòng)變阻器就能測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻如圖251甲所示52022/7/30 星期六電流表電阻箱電壓表電阻箱6

3、2022/7/30 星期六四、實(shí)驗(yàn)步驟1.確實(shí)電流表、電壓表的量程，按實(shí)驗(yàn)電路圖連接好電路，并將滑動(dòng)變阻器的滑片移到使接入電路的阻值為_(kāi)的一端2閉合開(kāi)關(guān)S，接通電路，將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭由一端向另一端移動(dòng)，從電流表有明顯讀數(shù)開(kāi)始，記錄一組電流表、電壓表讀數(shù)3同樣的方法，依次記錄多組U、I值4斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S，_電路5利用_和_求出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻最大值拆除公式法圖像法72022/7/30 星期六核心要點(diǎn)突破一、注意事項(xiàng)1正確選用電壓表和電流表的量程，并注意正確連接表上的“”“”接線柱2實(shí)驗(yàn)前必須把變阻器的滑動(dòng)片置于阻值最大的位置，以防止出現(xiàn)燒壞電流表的事故3為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大

4、些4由于干電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象嚴(yán)重，電動(dòng)勢(shì)會(huì)明顯下降，內(nèi)阻r會(huì)明顯增大，故實(shí)驗(yàn)中不能將電流調(diào)得過(guò)大(長(zhǎng)時(shí)間放電不宜超過(guò)0.3 A，短時(shí)間放電不宜超過(guò)0.5 A)，且讀數(shù)要快，讀完后立即切斷電源82022/7/30 星期六5實(shí)驗(yàn)中U取值不能太小，一般不得小于1 V，測(cè)得的U、I值不少于5組，且變化范圍要大一些，解方程組求解E、r值時(shí)，取1、4組，2、5組，3、6組求解后，求平均值6畫(huà)U-I圖像時(shí)，要盡量使多數(shù)點(diǎn)落在直線上，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)7作U-I圖像時(shí)，如果出現(xiàn)某組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)偏離直線較遠(yuǎn)，就表明這組數(shù)據(jù)的偶然誤差較大，可將該點(diǎn)舍去8縱坐標(biāo)可不從零開(kāi)始，直線的斜率等于電源

5、內(nèi)阻，計(jì)算內(nèi)阻時(shí)，要在直線上取兩較遠(yuǎn)點(diǎn)用rU/I求出(橫坐標(biāo)必須從零開(kāi)始)92022/7/30 星期六9這條直線與縱軸交點(diǎn)的物理意義是等于電源電動(dòng)勢(shì)，與橫軸交點(diǎn)的物理意義是等于短路電流，由此可知，用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是求得的是平均值二、誤差分析1電流表相對(duì)于待測(cè)電阻(電源內(nèi)阻)外接圖252102022/7/30 星期六112022/7/30 星期六(2)對(duì)比也可由電路來(lái)解釋：若把圖甲中的R和電流表看成外電路，則電壓表可看成內(nèi)電路的一部分，故實(shí)測(cè)出的是電池和電壓表這個(gè)整體等效的r和E.電壓表和電池并聯(lián)，故等效內(nèi)阻r小于電池內(nèi)阻r真r測(cè)r真，外電路斷開(kāi)時(shí)，ab兩點(diǎn)間電壓Uab即等效電動(dòng)勢(shì)E，

6、此時(shí)電壓表構(gòu)成回路，故UabE真，即E測(cè)E真，測(cè)量值實(shí)際上是等效電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，當(dāng)把等效電源外電路短路時(shí)，電壓表不再分流，短路電流等于通過(guò)電池的實(shí)際電流，所以兩圖線相交于相同的短路電流處(乙圖中的B點(diǎn))122022/7/30 星期六2電流表相對(duì)于待測(cè)電阻(電源內(nèi)阻)內(nèi)接圖253132022/7/30 星期六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(cè)得的電流等于流過(guò)電源的電流，所以在流過(guò)電流相同的情況下，U測(cè)U真，依照分析可繪制出圖253乙圖線，可以從圖線的意義得E測(cè)E真，r測(cè)r真，對(duì)此也可由電路來(lái)解釋，若把圖甲中的RA看成內(nèi)電阻的一部分，故實(shí)測(cè)出的是電池和電流表

7、這個(gè)整體的等效電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，r測(cè)rr真RAr真，由電動(dòng)勢(shì)等于外電路斷路時(shí)的路端電壓可知，把電路從A、B處斷開(kāi)，E測(cè)UABE真，所以兩圖線交于縱軸上的同一點(diǎn)，即電池的電動(dòng)勢(shì)處142022/7/30 星期六綜合上述，任一種電路都存在系統(tǒng)誤差，因電源內(nèi)阻較小，不能采用電流表內(nèi)接中的測(cè)量電路，盡管電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值準(zhǔn)確，但內(nèi)阻的測(cè)量誤差很大，因此要選用電流表外接的測(cè)量電路，另外實(shí)驗(yàn)還有因電壓表、電流表的讀數(shù)以及作U-I圖線時(shí)描點(diǎn)不準(zhǔn)確造成的偶然誤差152022/7/30 星期六即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)1.用伏安法測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，下列注意事項(xiàng)中正確的是()A應(yīng)選用新的干電池作為被測(cè)

8、電源，以使電壓表的示數(shù)變化比較明顯B應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電壓表和電流表C移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片時(shí)，不能使滑動(dòng)變阻器短路，以免造成電源過(guò)載D根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)作U-I圖線時(shí)，應(yīng)通過(guò)盡可能多的點(diǎn)畫(huà)一條直線，并使不在直線上的點(diǎn)大致分布在直線的兩側(cè)162022/7/30 星期六解析：選CD.新干電池的內(nèi)阻較小，不易測(cè)量，而舊干電池內(nèi)阻較大，故應(yīng)選用舊一些的干電池，A錯(cuò)；電流表內(nèi)阻較小一些實(shí)驗(yàn)誤差會(huì)小些，但電壓表應(yīng)選用內(nèi)阻較大一些的，故B錯(cuò)，C、D正確172022/7/30 星期六182022/7/30 星期六2圖像法：在坐標(biāo)紙上以I為橫坐標(biāo)、U為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的幾組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，這

9、些點(diǎn)大致分布在一條直線上，把明顯偏離的點(diǎn)舍去，用直尺畫(huà)一條直線，使盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)大致均衡地分布在直線兩側(cè)這條直線就是方程UEIr的圖像，由此可得，U軸上的截距等于電源的電動(dòng)勢(shì)E，I軸上的截距等于短路電流，直線的斜率等于電源的內(nèi)電阻rE/I短特別提醒： 若U軸上的數(shù)據(jù)不是從零開(kāi)始的，則圖線與I軸的交點(diǎn)就不是短路電流192022/7/30 星期六四、實(shí)物圖連線問(wèn)題1先畫(huà)出電路圖，這是連接實(shí)物圖的依據(jù)2先連接干路，再連接支路，遵循“先串后并”的原則3注意電源的正負(fù)極，電表的正負(fù)接線柱，電表量程的選擇以及滑動(dòng)變阻器接線柱的合理選用4注意連線不能交叉，電鍵要能夠控制電路202

10、022/7/30 星期六即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2.下列給出多種用伏安法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的數(shù)據(jù)，處理方法既能減小偶然誤差，又直觀、簡(jiǎn)便的方法是()A測(cè)出兩組I、U的數(shù)據(jù)，代入方程組EU1I1r和EU2I2r，求出E和rB多測(cè)幾組I、U的數(shù)據(jù)，求出幾組E、r，最后分別求出其平均值C測(cè)出多組I、U的數(shù)據(jù)，畫(huà)出U-I圖像，再根據(jù)圖像求出E、rD多測(cè)幾組I、U的數(shù)據(jù)，分別求出I和U的平均值，用電壓表測(cè)出斷路時(shí)的路端電壓即為電動(dòng)勢(shì)E，再用閉合電路歐姆定律求出電池內(nèi)電阻r212022/7/30 星期六解析：選C.A中只測(cè)量?jī)山M數(shù)據(jù)求出E、r，偶然誤差較大；B中計(jì)算E、r平均值雖然能減小誤差，但

11、太繁瑣；D中分別求I、U的平均值是錯(cuò)誤的做法222022/7/30 星期六課堂互動(dòng)講練類型一儀器的選擇和電路的連接例1 測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)電路如圖254甲所示圖乙中給出的器材有：待測(cè)的電源(電動(dòng)勢(shì)約為4 V，內(nèi)阻約為2 )，電壓表(內(nèi)阻很大，有5 V,15 V兩個(gè)量程)，電流表(內(nèi)阻不計(jì)，有0.1 A、1 A兩個(gè)量程)，滑動(dòng)變阻器(阻值范圍010 )，開(kāi)關(guān)，另有導(dǎo)線若干試按照?qǐng)D甲中的電路在圖乙中畫(huà)出連線，將器材連接成實(shí)驗(yàn)電路(要求正確選擇電表量程，以保證儀器的安全并使測(cè)量有盡可能高的精確度)232022/7/30 星期六圖254242022/7/30 星期六【思路點(diǎn)撥】估算法確定電表

12、的量程，一是估計(jì)電源兩端能出現(xiàn)的最大電壓，來(lái)確定電壓表的量程，二是估計(jì)電路中能通過(guò)的最小電流，只要最小電流不超量程即可，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中電路上盡可能使用最小的電流252022/7/30 星期六圖255262022/7/30 星期六【答案】見(jiàn)精講精析【規(guī)律總結(jié)】量程的選取有兩個(gè)原則，一是儀表安全，二是便于讀數(shù)兩個(gè)原則必須兼顧272022/7/30 星期六變式訓(xùn)練1在“測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室提供了下列器材：電壓表V1(03 V)，電壓表V2(015 V)；電流表A1(00.6 A)，電流表A2(03 A)，滑動(dòng)變阻器R1(010 ，2 A)，滑動(dòng)變阻器R2(0100 ，0.5 A)，阻值為

13、1 的蓄電池，為了使測(cè)量出的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻都盡可能準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓表應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選_畫(huà)出本實(shí)驗(yàn)的電路圖，并簡(jiǎn)要說(shuō)出你的理由282022/7/30 星期六解析：由待測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的大約值，從讀數(shù)要求出發(fā)，不難選出電壓表用V1，電流表應(yīng)用A1來(lái)測(cè)量由于滑動(dòng)變阻器R2允許通過(guò)的最大電流為0.5 A，從安全角度考慮，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用R1.主要實(shí)驗(yàn)器材選定后，再考慮到中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的電流表的內(nèi)阻RA均不能忽略，且很難達(dá)到RAr，故由于電流表的分壓作用帶來(lái)的系統(tǒng)誤差較大，在無(wú)特殊說(shuō)明情況下，一般均采用電流表內(nèi)接法292022/7/30 星期六電路中為什么要接入定值小電阻R0？為了說(shuō)明

14、問(wèn)題，先假定電源的電動(dòng)勢(shì)就是2 V，內(nèi)阻就是0.1 ，不考慮電流表內(nèi)阻的分壓影響本處通過(guò)列表來(lái)說(shuō)明接入R0前后對(duì)測(cè)量值準(zhǔn)確度的影響答案：V1A1R1電路圖如解析圖所示302022/7/30 星期六類型二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 用電流表和電壓表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r，所用的電路如圖256所示，一位同學(xué)測(cè)得的6組數(shù)據(jù)如下表中所示.例2圖256組別I/AU/V10.121.3720.201.3230.311.2440.321.1850.501.1060.571.05312022/7/30 星期六(1)試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖257中作出U-I圖線圖257322022/7/30 星期六(2)根據(jù)圖線得出電池的電

15、動(dòng)勢(shì)E_ V，根據(jù)圖線得出的電池內(nèi)阻r_.(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EU1I1r1和EU2I2r2算出，這些做可能得出誤差很大的結(jié)果，選用第_組和第_組數(shù)據(jù)，求得的E和r誤差最大332022/7/30 星期六【思路點(diǎn)撥】描點(diǎn)作圖跟數(shù)學(xué)中的作圖法相同，由于物理中使用的數(shù)據(jù)是實(shí)驗(yàn)測(cè)量，存在誤差，所描的點(diǎn)并不嚴(yán)格地在一條直線上，作圖的原則是該直線盡可能過(guò)更多的點(diǎn)，且點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)342022/7/30 星期六【精講精析】 (1)描點(diǎn)作圖，舍去第四組數(shù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)圖線如圖258所示圖258352022/7/30 星期六362022/7/30 星期六選用第3組和第4組數(shù)

16、據(jù)求得的E和r誤差最大不需要利用所給的6組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行計(jì)算，利用作圖就可看出這一點(diǎn)選用這兩組數(shù)據(jù)求E和r，相當(dāng)于過(guò)圖中3和4兩點(diǎn)作一直線，利用此直線求出E和r，而此直線與所畫(huà)的直線偏離最大，實(shí)際上，第4組數(shù)據(jù)不合理，已經(jīng)排除【答案】(1)如圖258所示(2)1.450.70(3)34372022/7/30 星期六【規(guī)律總結(jié)】作圖線時(shí)應(yīng)把個(gè)別不合理的數(shù)據(jù)排除，由直線與縱軸的交點(diǎn)可讀出電動(dòng)勢(shì)E1.45 V，再讀出直線與橫軸的交點(diǎn)的坐標(biāo)(U，I)，連同得出的E值代入EUIr中可得出內(nèi)阻，即求直線的斜率切記不要把圖線與I軸的交點(diǎn)當(dāng)作短路電流382022/7/30 星期六類型三實(shí)驗(yàn)誤差分析問(wèn)題例3 如圖259所示，用一只電流表和兩個(gè)定值電阻測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，由于未考慮電流表的內(nèi)阻，其測(cè)量值E和r與真實(shí)值E0和r0相比較，正確的是()AEE0，rr0BEE0，rr0CEE0，rr0DEE0，rr0【思路點(diǎn)撥】注意電流表內(nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響圖259392022/7/30 星期