2.9测定电池的电动势和内阻学案

高二物理选修3-1导学案NO.12时间2012/9/24编制：鞠静审核：包科领导签字：班级学习小组组内编号姓名教师评价1第九节测定电池的电动势和内阻【学习目标】1、理解闭合电路欧姆定律内容2、了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。3、学习用图象法处理实验数据。【重点、难点】教学重点：利用图线处理数据教学难点：如何利用图线得到结论以及实验误差的分析【自主学习】1.闭合电路欧姆定律的内容2.测定电源的电动势和内阻的实验原来就是闭合电路欧姆定律，对于一个给定的电池，电动势和内阻是一定的，由闭合电路欧姆定律可以写出电源电动势E、内电阻r与路端电压U、电流I的关系式，为。根据这个关系式，你可以利用哪些实验器材来测定电源的电动势E和内电阻r？提示：由前面的闭合电路欧姆定律I=E/（r+R）可知E=I（R＋r），或E=U＋Ir，只需测出几组相应的数值便可得到，可以采用以下的电路图：）这几种方法均可测量，今天我们这节课选择用测量的这一种。即用伏安法测电源电动势和内阻【进行新课】提出问题：选用电路图时，还可将接在外面，原则上也是可以的，那么我们在做实验时是否两个都可以，还是哪一个更好？为什么？选用哪种方式，要根据实际测量的需要确定，现在要想测出电源的内阻，如果采用图2方式，最后得到的结果相当于电源内阻与电流表内阻的总和，而两者电阻相差又不太多，这样一来误差就会比较大，所以应采用图1的电路图。1.实验原理：闭合电路欧姆定律E=U＋Ir2.实验器材：电流表0～0.6A量程，电压表0～3V量程。滑动变阻器0～50Ω。开关一个，导线若干。3．实验步骤：（1）确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好。（2）把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。（3）闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组I、U值。（4）断开电键，整理好器材。（5）数据处理：在坐标纸上作U－I图，求出E、r4.数据处理：原则上，利用两组数据便可得到结果，但这样做误差会比较大，为此，我们可以多测几组求平均，也可以将数据描在图上，利用图线解决问题。思考：图线的纵坐标是，它反映的是：当电流I增大时，路端电压U将随之，U与I成线性关系，U=E—Ir。也就是说它所反映的是电源的性质，所以也叫电源的外特性曲线。实验中至少得到5组数据，画在图上拟合出一条直线。要求：使多数点落在直线上，并且分布在直线两侧的数据点的个数要大致相等，这样，可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。讨论：将图线延长，与横纵轴的交点各代表什么情况？用伏安法测电源电动势和内电阻时应注意：（1）本实验在电键闭合前，变阻器滑片应置于阻值什么位置处？。（2）使用内阻较大一些的旧电池.在实验中不要将电流调得太大，一般小于0.5A。每次读完数后立即断电，以免使电动势和内阻发生变化。（3）要测出不小于6组Ｉ、Ｕ数据，且变化范围要大一些（4）安培表一般选0－0.6A档，伏特表一般选0－3V档。（5）在画U-I图象时，要使较多的点落在这条直线上，或使各点均匀分布在直线的两侧。个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可以使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。（6）干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多。这时，在画U-I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从零学案装订线内不要答题高二物理选修3-1导学案NO.12时间2012/9/24编制：鞠静审核：包科领导签字：班级学习小组组内编号姓名教师评价2开始）。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流，不过直线斜率的大小照样还是电源的内电阻。5.误差分析：实验中的误差属于系统误差，请同学们进一步讨论，得到的数值是偏大还是偏小？（提示：利用图线及合理的推理）（提示：因为电压表的分流作用，所以I真=I测＋Iv，而I真=U/RV,随U增加,Iv↑即（I真—I测）↑，,反映在图线上：当U=0时，Iv→0I→I真故r真＞r测E真＞E测）例1在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中,所用电流表和电压表的内阻分别为0.1Ω和1kΩ.下面分别为实验原理图及所需的器件图.（1）.试在下图中画出连线,将器件按原理图连接成实验电路.（2）一位同学记录的6组数据见表.试根据这些数据在下图中画出U-I图线.根据图象读出电池的电动势E=V，根据图象求出电池内阻r=Ω.解析：（1）按照实物原理图将实物连接如图。（2）根据表格中U、I数据，在方格纸U-I坐标上找点描迹如图，连直线时第四组数据(0.32A,1.18V)标出的点应该舍去不顾，然后将直线延长，交U轴于U1=1.46V（1.44～1.48也对），此即为电源电动势；交I轴于I=0.64A，注意此时U2=1.00V，由闭合电路欧姆定律得rUEI2。测得72.064.000.146.12IUEr（0.67～0.77也对）。解答：解答如图.E=1.46±0.02V，r=0.72±0.05Ω.例2有两只电压表A和B，量程已知，内阻不知等于多少；另有一节干电池，它的内阻不能忽略，但不知等于多少.只用这两只电压表、开关和一些连接用的导线，能通过测量计算这节电池的电动势(已知电动势不超出电压表的量程，干电池不许拆开(1)画出你测量时所用的电路图；(2)以测得的量作为已知量，导出计算电动势的式子解析：测量电路如图所示.设电压表的内阻为RA和RB，电池的电动势为E，内阻为r先将电压表A串联接入电路中，记下其示数UA.根据欧姆定律，有E=UA＋rRUAA①然后，将电压表A、B同时串联接入电路中，记下两表的示数UA′和UB，同理又有I(A)0.120.200.310.320.500.57U(V)1.371.321.241.181.101.05高二物理选修3-1导学案NO.12时间2012/9/24编制：鞠静审核：包科领导签字：班级学习小组组内编号姓名教师评价3E=UA′＋UＢ＋rRUAA②将ARr等效为一个未知量，从①和②式中消去，所以电源电动势为E=AABAUUUU【自学检测】A组课本70页问题与练习1．2．3．B组4.在《测定电池的电动势和内电阻》的实验中，待测电池、开关和导线配合下列哪些仪器.可以达到测定目的()A.一只电流表和一只滑动变阻器B.一只电流表和一只电压表C.一只电流表和一只电阻箱D.一只电压表和一只电阻箱5.下面给出多种用伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方法，其中既减小偶然误差，又直观、简便的方法是（）A．测出两组I，U的数据，代入方程组E=U1+I1r和E=U2+I2r中，即可求出E和rB．多测几组I，U的数据，求出几组E，r，最后分别求出其平均值C．测出多组I，U的数据，画出U—I图像，再根据图像求E，rD．多测出几组I，U数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出开路时的路端电压即为电压势E，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r6．如图2-56是测量电源电动势和内电阻的电路，关于误差的说法正确的是（）A．由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值小于真实值；B．由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值大于真实值；C．由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值小于真实值；D．由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值大于真实值；E．测出的电动势与真实值相同；Ｆ．测出的电动势比真实值小．7．如图所示是根据某次实验记录的数据画出的U－I图线，关于此图线，下列的说法正确的是()A.纵轴的截距表示电源的电动势，即E=3.0VB.横轴的截距表示电源的短路电流，即I短=0.6AC.电源的内阻r=5ΩD.电源的内阻r=1.0ΩC组8.用电压表、电流表测定a、b两节干电池的电动势Ea、Eb和内电阻ra、rb时，画出的图线如图所示，则()A、.EaEb，rarbB、EaEb，rarbC、EaEb，rarbD、EaEb，rarb9．一位同学记录的6组数据见表。试根据这些数据在图2-58中画出U—I图线，并根据图线读出电池的电动势E=V，电池内阻r=Ω.10．用伏安法测一节干电池的电动势ε和内电阻r，所给的器材有:(A)电压表○V:0—3—15V；(B)电流表○A:0—0.6—3A；(C)变阻器R1(总电阻20Ω)；(D)变阻器R2(总电阻100Ω)；以及电键S和导线若干.(1)画出实验电路图(标明变阻器规格).Av图2-561.050.571.100.501.200.351.240.311.320.201.370.12U(V)I(A)U/I/图2-58图2-6100.20.40.62.42.62.83.0I/AU/V高二物理选修3-1导学案NO.12时间2012/9/24编制：鞠静审核：包科领导签字：班级学习小组组内编号姓名教师评价4(2)如图2-61所示的U-I图上是由实验测得的7组数据标出的点，请你完成图线，并由图线求出ε=________V，r=________Ω.(3)若只选用两组数据，用欧姆定律算出ε、r，有可能误差较大.若选用第________和第________组数据误差最大.[来源:学|科|网]D组拓展提高11.在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：①干电池E（电动势约为1.5V、内电阻大约为1.0）②电压表V（0~15V）③电流表A（0~0.6A、内阻0.1）④电流表G（满偏电流3mA、内阻Rg=10）⑤滑动变阻器R1（0~10、10A）⑥滑动变阻器R2（0~100、1A）⑦定值电阻R3=990⑧开关、导线若干⑴为了方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是_________（填写字母代号）；⑵请在线框内画出你所设计的实验电路图，并在图中标上所选用器材的符号。(3)上图为某一同学根据他设计的实验，绘出的I1—I2图线（I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数），由图线可求得被测电池的电动势E=_____V，内电阻r=_____。12.测量电源B的电动势E及内阻r（E约为4.5V，r约为1.5Ω）。器材：量程3V的理想电压表○V，量程0.5A的电流表○A（具有一定内阻），固定电阻R=4Ω，滑动变阻器R′，开关S，导线若干。画出实验电路原理图。图中各无件需用题目中给出的符号或字母标出。②实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2。则可以求出E=，r=。（用I1，I2，U1，U2及R表示）探究：若采用右图的电路图来进行实验，试分析实验造成的误差。【高考链接】一种供仪器使用的小型电池的标明电压为9V，允许通过的最大电流为50mA，为了测量这个电池的电动势和内阻，实验室利用了如图2-64所示的电路，图中电压表的内阻很大，可不考虑其对电路的影响；R为电阻箱，阻值范围为0~9999Ω，R0为保护电阻。（1）实验室备有的定值电阻有以下几种规格，你认为最合适的是（）A．10Ω、5WB．150Ω、0.5WC．200Ω、0.25WD．1.2kΩ、1W（2）断开开关，调整电阻箱阻值，再闭合开关，读取电压表和电阻箱的示数，多次测量，取得下表中数据，请在图2-65所示的坐标中作出U-I图线，则由图线得出电池的电动势E=V，内阻r=Ω。U（V）9.08.58.07.5R（Ω）75027311738【当堂测评】1．用伏安法测电池的电动势和内电阻，由于电路存在问题，当电键S闭合后，移动变阻器的滑片P时，出现下列异常现象.A．电流表示数可变，电压表示数始终为零B．电流表示数为零，电压表示数不变C．电流表烧坏D．电流表示数不变，电压表示数可变以上四种情况对应的电路2-57如图中的(A)____，(B)____，(C)____，(D)_____.2.现有器材：量程为10.0mA、内阻约30-40Ω的电流表一个，定值电阻R1=150Ω，定值电阻R2=100Ω，单刀单掷开关两个，导线若干。要求利用这些器材测量一干电池（电动势约1.5V）的电动势。（1）画出电路图。（2）用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表达式为，式中各直接测得量的意义是：