第十二章《電能能量守恒定律》學(xué)習(xí)活動七：如何測量電池電動勢和內(nèi)阻課前準(zhǔn)備：1.閉合電路的歐姆定律（Ohm

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circuit）適用條件：只適用于外電路是純電阻用電器適用條件：適用于任何用電器2.路端電壓U跟電流I的關(guān)系圖像：課堂教學(xué)：【學(xué)習(xí)任務(wù)一】實驗思路任務(wù)情境：按圖示電路連接電路，閉合開關(guān)，得到電流表讀數(shù)I1，電壓表讀數(shù)U1，若通過調(diào)節(jié)滑動變阻器得到電流表讀數(shù)I2，電壓表讀數(shù)U2，通過實驗數(shù)據(jù)，計算電源電動勢與內(nèi)阻。

教師活動：組織學(xué)生交流和討論。學(xué)生活動：小組討論，呈現(xiàn)結(jié)果。

問題1：現(xiàn)在有一個干電池，要想測出其電動勢和內(nèi)阻，需要什么器材，原理是什么，采用什么樣的電路圖？各小組通過任務(wù)情境討論結(jié)果，設(shè)計實驗方案測定電源的電動勢和內(nèi)阻。教師活動：引導(dǎo)：電源電動勢和內(nèi)阻不便直接測量，但電源接在電路中，路端電壓和電流與電動勢和內(nèi)阻可以通過閉合電路歐姆定律建立聯(lián)系。學(xué)生活動：根據(jù)任務(wù)情境展開討論，選擇合理的設(shè)計方案。1.實驗原理：電源電動勢E、內(nèi)阻r與路端電壓U、電流I的關(guān)系可以寫成E=U+Ir。如果能測出U、I的兩組數(shù)據(jù)，就可以列出兩個關(guān)于E、r的方程，這樣就能夠從中解出E和r。

改變外電阻R，讀出電壓表和電流表的兩組數(shù)據(jù)U1、I1、和U2、I2，聯(lián)立方程組解得E和r。2.實驗器材：干電池（舊一點(diǎn)）、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線。3.實驗電路圖：問題2：請小組討論，設(shè)計其他方案測定電源的電動勢和內(nèi)阻。要求設(shè)計電路圖，寫出實驗器材、所需測量的物理量，以及電源的電動勢和內(nèi)阻的表達(dá)式。教師引導(dǎo)，學(xué)生討論總結(jié)：閉合電路歐姆定律還可以寫成E=IR+Ir。如果能得到I、R的兩組數(shù)據(jù)，就可以得到關(guān)于E和r的兩個方程，從中解出E和r。

這樣，用電流表、電阻箱也可以測定電源的電動勢和內(nèi)阻，實驗電路如右圖所示。閉合電路歐姆定律還可以寫成r。如果能得到U、R的兩組數(shù)據(jù)，同樣能通過解方程組求出E和r。

這樣，還可以用電壓表、電阻箱來測定電源的電動勢和內(nèi)阻，實驗電路如右圖所示。

【學(xué)習(xí)任務(wù)二】數(shù)據(jù)分析問題1：如圖所示，當(dāng)改變外電阻R時，電流表示數(shù)I和電壓表示數(shù)U同時變化，把可變電阻R的阻值調(diào)到某一較大的數(shù)值，分別測出電壓和電流值，并記錄在預(yù)先設(shè)計的表格中。不斷減小電阻，得到多組電壓、電流值。根據(jù)所測數(shù)據(jù)，請小組討論，提出一種數(shù)據(jù)處理的合理方案。

學(xué)生討論總結(jié)：方案1：公式法。根據(jù)任務(wù)情境，每測得兩組U、I數(shù)據(jù)帶入閉合電路歐姆定律方程，獲得一組E、r解，求出若干組E、r，最后以E的平均值、r的平均值作為實驗結(jié)果。方案2：圖像法。根據(jù)測得數(shù)據(jù)，大致畫出U-I圖像，利用數(shù)學(xué)知識、結(jié)合物理規(guī)律，即路端電壓U跟電流I的關(guān)系分析圖像的縱、橫截距和斜率的物理意義。

縱截距：--電源電動勢E|斜率|：--電源的內(nèi)阻r橫截距：--短路電流I0問題2：運(yùn)用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)的注意事項。學(xué)生討論總結(jié)：a.根據(jù)數(shù)據(jù)分布，選取適當(dāng)?shù)臉?biāo)度。b.若U軸從0開始劃分刻度，做出圖像傾斜程度小，分布太集中，為此可以選擇稍小于路端電壓測量值的某一數(shù)值作為U軸的起點(diǎn)坐標(biāo)。c.畫圖時盡量使數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)，個別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可以舍棄。這樣做的目的是減小偶然誤差，提高測量精度。【學(xué)習(xí)任務(wù)三】系統(tǒng)誤差分析問題1：通過圖像法處理數(shù)據(jù)可以減小偶然誤差。由于電壓表、電流表的內(nèi)阻對實驗電路的影響，本實驗還存在系統(tǒng)誤差。請深入思考各方案中的誤差問題。教師引導(dǎo)補(bǔ)充：方法1：“外接法”電壓表直接并聯(lián)在電源兩端，測得路端電壓無誤差，但由于電壓表內(nèi)阻不是無窮大，具有分流作用，使得電流表測量結(jié)果并非干路電流，造成系統(tǒng)誤差。通過分析可知，電壓表分流隨著電壓表示數(shù)增大，分流增大，經(jīng)過修正描點(diǎn)得出真實的U-I線②，與根據(jù)測量值做出的U-I圖像①對比，可以很直觀的看出E測＜E真、r測＜r真方法2：“內(nèi)接法”電流表直接與電源串聯(lián)，測得干路電流無誤差，但由于電流表內(nèi)阻不為0，具有分壓作用，使得電壓表測量結(jié)果并非路端電壓，造成系統(tǒng)誤差。通過分析可知，電流表分壓△U=IRA，隨著電流表示數(shù)增大，分壓增大，經(jīng)過修正描點(diǎn)得出真實的U-I線②，與根據(jù)測量值做出的U-I圖像①對比，可以很直觀的看出E測=E真、r測＞r真。由以上分析可以看出，r測=r真+RA，把電流表和電源等效為一個新電源，如圖中虛框所示?！緦W(xué)習(xí)小結(jié)】1.實驗原理：E=U+Ir2.實驗方法：伏安法、安阻法、伏阻法3.數(shù)據(jù)分析：公式法、圖像法4.誤差分析：“外接法”E測＜E真、r測＜r真

“內(nèi)接法”E測=E真、r測＞r真，r測=r真+RA,【學(xué)習(xí)評價自測】某同學(xué)采用伏安法測定電源的電動勢和內(nèi)電阻。已知干電池的電動勢約為1.5V，內(nèi)阻約為1Ω；電壓表(0～3V，3kΩ)；電流表(0～0.6A，1.0Ω)；滑動變阻器有R1(10Ω，2A)和R2(100Ω，0.1A)各一只。請根據(jù)實驗器材根據(jù)實驗原理設(shè)計合理的實驗電路圖，并根據(jù)電路圖連接實物圖。（1）實驗中滑動變阻器應(yīng)選用

(填“R1”或“R2”)。（2）在圖中用筆畫線