测定电池的电动势和内阻

1 / 16 测定电池的电动势和内阻 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址莲山课 件 m 选修 3-1 第二章 实验：测定电池的电动势和内阻 一、教材分析 “ 实验：测定电池的电动势和内阻 ” 是人教版高中物理选修3-1 第二章第九节的内容，它是闭合电路欧姆定律的深化和实际应用，学生通过本节课的学习，既能巩固电学问题的分析思路，加深对闭合电路欧姆定律的理解，激发学生的学习兴趣，培养学生合作、探究、交流能力，具有很重要的实际意义。 二、教学目标 一、知识与技能 1、理解闭合电路欧姆定 律内容 2、理解测定电源的电动势和内阻的基本原理，体验测定电源的电动势和内阻的探究过程。 3、用解析法和图象法求解电动势和内阻。 4、使学生掌握利用仪器测量电池电动势和内电阻的方法，2 / 16 并通过设计电路和选择仪器，开阔思路，激发兴趣。 二、过程与方法 1、体验实验研究中获取数据、分析数据、寻找规律的科学思维方法。 2、学会利用图线处理数据的方法。 三、情感态度与价值观 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。 三、教学重点难点 重点：利用图线处理数据 难点：如何利用图线得到结论以及实验误差的分析 四、学情分析 1知识基础分析： 掌握了闭合电路欧姆定律，会利用该定律列式求解相关问题。 掌握了电流表、电压表的使用方法。 2学习能力分析： 学生的观察、分析能力不断提高，能够初步地、独立发现事物内在联系和一般规律的能力。 具有初步的概括归纳总结能力、逻辑推力能力、综合3 / 16 分析能力。 五、教学方法 实验法 ，讲解法 六、课前准备 1学生的学习准备：预习学案。 2教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。 3教学环境的设计和布置：两人一组，实验室内教学。 七、课时安排： 1 课时 八、教学过程 （一）预习检查、总结疑惑 （二）情景引入、展示目标 回顾上节所学内容，引入新内容 教师：上堂课我们学习了闭合电路的欧姆定律，那么此定律文字怎么述？公式怎么写？ 学生：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比，这就是闭合电路的欧姆定律。 提出问题 ：现在有一个干电池，要想测出其电动势和内电阻，你需要什么仪器，采用什么样的电路图，原理是什么？ 学生讨论后，得到的大致答案为：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： 4 / 16 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。 （三）合作探究、精讲点播 1.实验原理：闭合电路欧姆定律 E=U Ir 2.实验器材： 学生回答：测路端电压；测干路电流，即过电源的电流。需测量的是一节干电池，电动势约为，内电阻大 约为零点几欧。 电流表、电压表及滑动变阻器的规格要根据实验的具体需要来确定，看看我们用到的电路图里面、各需测的是什么？ 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？ 学生回答：两种方式测量都会带来误差。 采用图 1 示数准确示数偏小 采用图 2 示数准确示数偏小 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。明确各仪器的规格： 5 / 16 电流表 0量程，电压表 0 3V量程。 滑动变阻器 0 50 。 此外，开关一个，导线若干。 3.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。 明确： 图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流 I 增大时，路端电压 U 将随之减小， 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。 电阻的伏安特性曲线中， U 与 I 成 正比，前提是 R 保持一定，而这里的 U I 图线中， E、 r 不变，外电阻 R 改变，正是 R 的变化，才有 I 和 U 的变化。 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？ 归纳：将图线两侧延长，分别交轴与 A、 B 点。 6 / 16 A 点意味着开路情况，它的纵轴截距就是电源电动势 E。 说明： A 、 B 两点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推 得到的。 由于 r 一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算 r 时选取直线上相距较远的两点求得。 4.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） 可以请几位同学发言，最后得到结论。 因为电压表的分流作用 所以 I 真 =I测 Iv 即（ I 真 I 测） ， 反映在图线上： 当 U=0时， Iv0II 真 故 r 真 r 测 E 真 E 测 5.布置作业： 认真看书，写好实验报告。 7 / 16 （四）反思总结，当堂检测。 教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测。 设计意图：引导学生构建知识网络并对所学内容进行简单的反馈纠正。（课堂实录） （五）发导学案、布置预习。 九、板书设计 一、实验原理： 二、实验步骤： 三、数据处理： 计算： 图像： 四、误差分析： 十、教学反思：本节课重在数据处理、误差分析。 学校：临清三中学科：物理编写人：孙风武审稿人：盛淑贞 多用电表学案 课前预习学案 一、预习目标 学习测量电源电动势和内阻的方法 ,掌握科学测 量的主要步骤。 8 / 16 二、预习内容 一、实验目的 测定电源的 _。 二、实验原理 1、图中，电源电动势 E、内电阻 r，与路端电压 U、电流 I的关系可写为 E=_。（ 1） 2、图中，电源电动势 E、内电阻 r、电流 I、电阻 R 的关系可写为 E=_。（ 2） 3、图中电源 E、内电阻 r、路端电压 U、电阻 R 的关系可写为 E=_。（ 3） ErR ErR 图图 实验原理 1 是本节课的重点。测出几 组 U,I 数值，带入 (1)式得到的方程两两组成方程组，可得到 E， r 值。这种方法误差较大。还可以多测出几组 U,I 值，然后在 U-I 坐标平面9 / 16 内描出各组 U、 I 值所对应的点，然后通过这些点画一直线，如图所示，直线与纵轴的的交点的纵坐标就是电池的电动势的大小，直线与横轴的交点的横坐标就是电池的短路电流Io=E/r，因此可求的内电阻 r=E/Io。 三、实验器材 _、 _、 _、 _、开关、 导线。 三、提出疑惑 同学们，通过你的自主学习，你还有哪些疑惑，请把它填在下面的表格中 疑惑点疑惑内容 课内探究学案 一、学习目标 学会科学处理实验数据的方法，有公式法和图像法。 学习重难点：图像法计算 E、 r。 二、学习过程 实验步骤 1.连接电路。如图所示。电流表取量程，电压表 oIoI/A 取 3V 量程，移动触头位置使连入电路中的有效阻值_。图 10 / 16 2.测几组（ I， U）值。闭合电键，移动变阻器触头位置，使电流有明显示数，记下一组（ I， U）值，断开电键。用同样方法，多次移动变阻器触头位置，记录多 组（ I， U）值，然后断开电键。 3.建立坐标系、描点。纵轴表示 _,横轴表示_,取合适的标度，使所描坐标点分布绝大部分坐标纸，必要时纵坐标可以 _。 4.据描出的坐标点作出 U-I 图像。应使图象尽量多的通过描出的点，不在图象上的点要尽量对称的分布于图线两侧，误差很大，应坚决舍弃。 5.测算电动势和内电阻。准确读出 U-I 图线与纵轴和横轴的交点坐标，并带入 U=E-Ir中，算出 E=?r=? 【典型例题】 用电流表和电压表测定电池的电动势 E 和内 电阻 r，所用的电路如图所示，一位同学测得六组数据如下表中所示。 组别 I(A)U(V) 11 / 16 (1)试根据这些数据在图中作出 U-I 图线。 （ 2）根据图线得出电池的电动势 E=_V,电池的内电阻r=_。 （ 3）若不作出图线，只选用其中两组 U 和 I 数据，可利用公式 E=U1+I1r,E=U2+I2r 算出 E 和 r，这样做可能得出误差很大的结果，选用第 _组和第 _组的数据，求得 E和 r 误差最大。 （三）反思总结 误差分析是难点 (四 )当堂检测 1.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 2.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12 / 16 E=U2+I2r 中，即可求出 E 和 r B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， r D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 r 3.现有器材：量程为、内阻约 30-40的电流表一个，定值电阻 R1=150，定值电阻 R2=100，单刀单掷开关 S，导线若干。要求利用这些器材测量一干电池（电动势约）的电动势。 （ 1）按要求在实物图上连线。 （ 2）用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表达式为E=，式中各直接测得量的意义是： . 课后练习与提高 1.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， rarb c、 EarbD、 EaEb， rarb 2.在图所示的电路中， R1、 R2 为标准电阻，测定电源电动势和内电阻时，如果偶然误差可以忽略不计，则电动势的测13 / 16 量值 _真实值，内电阻的测量值 _真实值，测量误差产生的原因是 _. 3.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： 干电池 E（电动势约为、内电阻大约为） 电压表 V（ 015V） 电流表 A（ 0、内阻） 电流表 G（满偏电流 3mA、内阻 Rg=10） 滑动变阻器 R1（ 010、 10A） 滑动变阻器 R2（ 0100、 1A） 定值电阻 R3=990 开关、导线若干 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）； 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=_。 4.在测定一节干电池 (电动势约为，内阻约为 2)的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选： A14 / 16 电压表量程为 15V， B 电压表量程为 3V， A 变阻器为(20， 3A)， B 变阻器为 (500， )。 电 压 表 应 该 选 _( 填 A 或 B) ，这是因_； 变 阻 器 应 该 选 _( 填 A 或 B) ，这是因_。 5.要求测量由 2节干电池串联而成的电池组的电动势 E和内阻 r（约几欧），提供下列器材：电压表 V（量程 3V，内阻1k ）、电压表 V2（量程 15V，内阻 2k ）、电阻箱（ 0 9999 ）、开关、导线若干。 某同学用量程为 15V的电压表连接成如图所示的电路，实验步骤如下： （ l）合上开关 S，将电阻箱 R 阻值调到 R1 10 ，读得电压表的读数为 U1 （ 2）将电阻箱 R 阻值调到 R2 20 ，读得电压表的读数为U2，由方程组 U1 U1r/R1、 U2 U2/R2解出 、 r 为了减少实验误差，上述实验在选择器材和实验步骤中，应做哪些改进？ 6.测量电源 B 的电动势 E 及内阻 r（ E 约为， r 约为 ）。 器材：量程 3V 的理想电压表 V ，量程的电流表 A （具有一定内阻），固定电阻 R=4 ，滑动变阻器 R ，开关 S，导线若干。 15 / 16 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。 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） 答案：当堂检测 1、 cD2、 c 3、（ 1