公开课《实验：测定电池的电动势和内阻》(新人教版选修3-1)全解

欢迎各位老师莅临指导安徽省阜阳市颍州区红旗中学物理教研组李铁马测定电源的电动势和内阻的误差分析及变式1、基本原理2、实验基本电路Ｕ：路端电压只要测出几组（至少两组）U、I值就可求出E、r闭合电路的欧姆定律：Ｅ＝Ｕ＋ＩrAV乙Ｉ：通过电源的电流RVAS以实验电路甲进行原理分析。根据闭合电路欧姆定律：E=U+Ir，本实验电路中电压表的示数是准确的，而电流表的示数比通过电源的实际电流小，所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的。为了减小这个系统误差，滑动变阻器R的阻值应该小一些，所选用的电压表的内阻应该大一些。（用图像法分析误差）为了减小偶然误差,要多做几次实验,多取几组数据,然后利用U-I图象处理实验数据.将点描好后,用直尺画一条直线,使尽可能多的点落在这条直线上,而且在直线两侧的点数大致相等.这条直线代表的U-I关系的偶然误差比每一组实验数据的偶然误差都小.I/AU/V00.20.40.63.02.01.0这条直线在U轴上的截距就是被测电源电动势E(对应的I=0),斜率的绝对值就是被测电源的内阻r。（结果存在系统误差）特别要注意：有时纵坐标的起始点不是0，求内阻的一般式应该是r=|ΔU/ΔI|。3、系统误差原因分析r测r真r测r真AV甲AV乙E测E真E测=E真1U..2U----------------...真E测EIU1VI2VI1I2I1U..2U..测EIU1AU2AU1I2I真真测rRvRvrr真真测ErRvRvEARrr测真测EE4、实验数据处理2121211IIIUUIE把所测量的数据代入U=E−Ir，计算出，21121IIUUr同理，把其它几组r2、r3、E2、E3算出来，用公式，即为所测电源的电动势和内阻。3EEEE3213rrrr321①平均值法I/AU/V0.10.20.30.40.51.11.21.41.3丙1.5U/V00.51.01.5I/A0.10.20.30.40.5******甲I/A乙0.51.01.5U/V0.20.30.40.500.1②图象法小试牛刀：05年南通质量检测一12、某同学采用如图甲所示的电路测定电源电动势和内阻，已知干电池的电动势约为1.5V，内阻约1Ω，电压表(0-3V,3kΩ),电流表(0-0.6A,1.0Ω),滑动变阻器有R1(10Ω2A)和R2(100Ω0.1A)各一只;(1)实验中滑动变阻器应选用(选填R1或R2).(2)在乙图中用笔画线代替导线连接实验电路.(3)在实验中测得多组电压和电流值,得到如图丙所示的U-I图线,由图线可较准确求出该电源电动势E=V;内阻r=Ω.1.500.10.20.30.40.91.11.31.21.00.81.4I/AU/VVA图甲图乙R11.50图线的斜率为0.7/0.37=1.85Ωr=1.85-RA=0.85Ω0.85某同学在实验室先后完成下面二个实验：①测定一节干电池的电动势和内电阻；②描绘小灯泡的伏安特性曲线．(1)用①实验测量得到数据作出U一I图线如图中a线,实验所测干电池的电动势为V,内电阻为Ω.05年徐州市第二次质量检测12、00.51.01.52.02.50.51.01.52.02.53.0I/AU/Va1.500.75(2)在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中,为减小实验误差,方便调节,请在给定的四个电路图和三个滑动变阻器中选取适当的电路或器材,并将它们的编号填在横线上.应选取的电路是,滑动变阻器应选取·E．总阻值15Ω，最大允许电流2A的滑动变阻器F．总阻值200Ω，最大允许电流2A的滑动变阻器G．总阻值1000Ω，最大允许电流1A的滑动变阻器SVARLErVAErSVAErSVARLErSABCDCE上页下页(3)将实验②中得到的数据在实验①中同一U-I坐标系内描点作图，得到如图所示的图线b，如果将实验①中的电池与实验②中的小灯泡组成闭合回路，此时小灯泡的实际功率为，若将两节与实验①中相同的干电池串联后与该小灯泡组成闭合回路，则此时小灯泡的电压为，实际功率为.00.51.01.52.02.50.51.01.52.02.53.0I/AU/Vab解：P1=0.60×1.20=0.72W0.72±0.02W画出这时的U-I图线如图c示c0.85～0.88VP2=0.88×1.40=1.23W1.2～1.3W题目上页二、电源电动势与内阻测量的基本情景变式变式一．实验中除了待测电池和电键导线外只有电阻箱和电流表，测定电源的电动势和内电阻。如何测？（1）电路如图所示：A（2）主要步骤改变电阻箱阻值R，测出对应的电流I由（E=I1R1+I1r，E=I2R2+I2r）得：211221II)R(RIIE211122IIRIRIr若能测出多组I、R值，以R为纵坐标，为横坐标，作出图象，由于，可知这条图线是直线，直线在纵轴的截距是r，图线的斜率是E。I1I1RrIER1/IR-r（3）某研究性学习小组利用右图所示电路测量电池组的电动势E和内阻r。根据实验数据绘出如下图所示的小试牛刀：2006年天津理综卷22(3)、R～1/I图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E＝V，r＝Ω。ARErS103.01.02.0–202468/A1IR/Ω解：E=I(R+r）R=E/I-r在R～1/I图线中，斜率等于电动势的数值，E=(10+0.9)/3.8=2.9V截距的绝对值等于内阻的数值,r=0.9Ω2.90.9变式二．实验中除了待测电源和电键导线外，只有电阻箱和电压表，如何测？（1）电路如图所示V（2）主要步骤改变电阻箱阻值R，测出对应的电压U由，求出电源的电动势和内阻rRUUE111rRUUE222变式三．今有一个阻值为5Ω的定值电阻，一个理想电压表(量程大于电源电动势)，开关及导线若干，能否测电源电动势和内阻？（2）主要步骤：（3）电源电动势和内阻：RUUUr221闭合K1、K2，记下电压表读数U2（1）电路如图所示：断开K2、闭合K1，记下电压表读数U1E=U1变式四．今有一个阻值为10Ω的定值电阻，一个电压表，开关和导线若干，电压表表盘上有刻度但无刻度值。请设计一个能测定某电源内阻的实验方案（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电动势，电源内阻约为几欧）。要求：①画出实验电路图②简要写出完成接线后的实验步骤③写出需测量的量，计算电源内阻的表达式（1）电路如图所示：（2）主要步骤：断开K2、闭合K1，记下电压表偏转格数N1闭合K1、K2，记下电压表偏转格数N2（3）电源内阻：221221NNN10RNNNrΩ变式五．有两只伏特表V1和V2，量程已知，内阻不知，另有一干电池，它的内阻不能忽略，但大小未知。只有这两只伏特表，电键和连接导线若干，要求通过测量计算出干电池的电动势（已知电动势不超过伏特表的量程）要求：①画出测量时所用的电路图②以测量的量为已知量，导出计算电动势的表达式（1）电路如图所示：S1V1S2V2（2）主要步骤：闭合S1、S2，记下V1的读数U1，则rRUUEV111由上两式可得：'1121UUUUE闭合S1、断开S2，记下V1的读数V2的读数U2，则rRUUUEV1'12'1'1UAV（一）AV（二）变式六.判断下列电路能否测电源电动势和内阻（电表都是理想电表）AV（三）已知电阻AV（四）已知电阻变式七．测量电源B的电动势E及电阻r（E约为4.5V，r约为1.5Ω）器材：量程3V的理想电压表、量程0.5A的电流表（具有一定内阻）、固定电阻R=4Ω、电键K、滑线变阻器R′、导线若干要求：①画出实验电路原理图（图中各元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）（1）电路如图所示：AVKBRR’211221IIUIUIE2）（RIIUUr2112祝同学们学习愉快！再见！