2019_2020学年高中物理第二章电路实验：测量电源的电动势和内阻学案粤教版选修3_1.docx

教学资料范本2019_2020学年高中物理第二章电路实验：测量电源的电动势和内阻学案粤教版选修3_1编 辑：_时 间：_实验：测量电源的电动势和内阻学科素养与目标要求物理观念：知道测定电源的电动势和内阻的实验原理，即闭合电路的欧姆定律科学探究：1.根据“伏安法”测定电池电动势和内阻的原理，会选用实验器材、正确连接电路、规范实验操作.2.能进行分组、自主合作探究，并对信息进行数据处理科学思维：1.会设计测定电池电动势和内阻的“伏安法”“伏阻法”“安阻法”的电路图.2.体会图象法处理数据的优点，体会“化曲为直”的思想方法一、测定电源电动势和内阻的实验方案设计1伏安法：由EUIr知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表，电路图如图1所示图12.伏阻法：由EUr知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图2所示图23.安阻法：由EIRIr知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图3所示图3二、实验操作与实验数据的处理1实验步骤(以伏安法为例)(1)电流表用00.6A量程，电压表用03V量程，按实验原理图连接好电路(2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路中的阻值最大(3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)用同样的方法测量几组I、U值(4)断开开关，整理好器材(5)处理数据，用公式法或图象法这两种方法求出电池的电动势和内阻2实验数据的处理(1)公式法依次记录的多组数据(一般6组)如表所示：实验序号123456I/AI1I2I3I4I5I6U/VU1U2U3U4U5U6分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值作为测量结果E，r.(2)图象法根据多次测出的U、I值，作UI图象；将图线两侧延长，纵轴截距的数值就是电池电动势E(横轴I从0开始)；横轴截距(路端电压U0)的数值就是短路电流；图线斜率的绝对值等于电池的内阻r，即r，如图4所示图43注意事项(1)为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表(2)实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r出现明显变化(3)当干电池的路端电压变化不很明显时，作图象时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始如图5所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r|求出图54误差分析(1)偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作UI图象时描点不准确(2)系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在UI坐标系中表示出来，如图6所示，可见E测E真，r测r真.图6一、伏安法测电动势和内阻例1利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差图7(1)应该选择的实验电路是图7中的_(填“甲”或“乙”)(2)现有开关和导线若干，以及以下器材：A电流表(00.6A)B电流表(03A)C电压表(015V)D电压表(03V)E滑动变阻器(010)F滑动变阻器(0500)实验中电流表应选用_；电压表应选用_；滑动变阻器应选用_(选填相应器材前的字母)答案(1)甲(2)ADE解析(1)如果用乙电路，误差来源于电流表的分压，测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分，而电流表内阻与电源内阻很接近，故电源内阻测量误差大，用甲电路，误差来源于电压表的分流，因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻，故电压表分流很小，测量引起的误差小，故选择甲电路图；(2)电源电动势为1.5V，因此电压表量程选择3V，故选D；电流表应选A；为了使滑动变阻器滑片滑动时电流表有明显偏转，需选用最大阻值小的滑动变阻器，故选E.选择仪器时注意掌握的原则1.安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流2精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在不超量程的前提下，尽量选用小量程的3方便性原则，此原则主要针对滑动变阻器来讲，在滑动变阻器控制电路时，电路的电压、电流的变化范围要尽可能大，以便获取多组测量值例2在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，所用电流表和电压表的内阻分别为0.1和1k，如图8为实验原理图及所需器材图图8(1)在图中用笔画线代替导线将器件按原理图连接成实验电路(2)一位同学记录的6组数据见下表：I(A)0.120.200.310.320.500.57U(V)1.371.321.241.181.101.05试根据这些数据在图9中画出UI图象，根据图象读出电池的电动势E_V，求出电池内阻r_.(结果保留两位小数)图9答案(1)见解析图(2)见解析图1.46(1.451.47均可)0.71(0.690.73均可)解析(1)按照实验原理图将实物图连接起来，如图甲所示(2)根据U、I数据，在UI坐标系中找点描迹，如图乙所示，然后连线并将直线延长，交U轴于U11.46V，此即为电源电动势；由闭合电路欧姆定律得r0.71.学科素养本题回顾了测定电池的电动势和内阻的实验原理，用图象法处理数据，这体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养在实验过程中，学生之间需要合作、交流、处理数据，体现了“实验探究”的学科素养在实验过程中保持很好地交流、合作，准确记录数据，认真进行数据处理，这又体现了“科学态度与责任”的学科素养二、伏阻法测电动势和内阻1电路图：如图10所示2实验原理：EUr3数据处理：(1)计算法：由解方程组可求得E和r.(2)图象法：由EUr得：.故图象的斜率k，纵轴截距为，如图11.由图象的斜率和截距求解图10图11例3(20xx市高二上期末)要测量一电源的电动势E(小于3V)和内阻r(约1)，现有下列器材：理想电压表(3V和15V两个量程)、电阻箱R(0999.9)、定值电阻R03、开关和导线某同学根据所给器材设计如下的实验电路：图12(1)电路中定值电阻R0的作用是_(2)请根据图12甲电路，在图乙中用笔画线代替导线连接电路(3)该同学调节电阻箱阻值R，读出对应的电压表示数U，得到两组数据：R12时，U12.37V，R24时，U22.51V由这两组数据可求得电源的电动势E_V，内阻r_.(结果保留三位有效数字)答案(1)保护电源，防止短路(2)见解析图(3)2.941.21解析(1)若无R0存在，当R调节到0时，外电路短路，有烧坏电源的危险，故R0的作用是保护电源，防止短路；(2)如图所示，注意电压表量程选择，开关置于干路；(3)根据闭合电路欧姆定律，得当电阻箱读数为R12时EU1r当电阻箱读数为R24时EU2r联立以上两式得E2.94V，r1.21.三、安阻法测电动势和内阻1电路图：如图13所示图132实验原理：EIRIr.3数据处理：(1)计算法：由解方程组求得E，r.(2)图象法：由EI(Rr)得：RR图象的斜率k，纵轴截距为(如图14甲)又RErR图象的斜率kE，纵轴截距为r(如图乙)由图象的斜率和截距求解图14例4一同学测量某干电池的电动势和内阻(1)如图15所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处_；_.图15(2)实验测得的电阻箱阻值R和理想电流表示数I，以及计算的数据见下表：R/8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26/A16.75.95.34.53.8根据表中数据，在图16中的方格纸上作出R关系图象图16由图象可计算出该干电池的电动势为_V(结果保留三位有效数字)；内阻为_(结果保留两位有效数字)答案(1)开关未断开电阻箱阻值为零(2)见解析图1.36(1.301.39均可)1.2(1.01.4均可)解析(1)在电学实验中，连接电路时应将开关断开，电阻箱的阻值调为最大，确保实验仪器、仪表的安全(2)根据闭合电路欧姆定律EI(Rr)得RrEr，即R图象为直线描点连线后图象如图所示根据图象可知r1.2.图象的斜率为电动势E，在R图象上取两点(2,1.60)、(6.7,8.0)则EV1.36V.1(伏安法)(20xx市高二期中)如图17(a)是“测定电源的电动势和内阻”的实验电路，如果采用一节新干电池进行实验，实验时会发现，当滑动变阻器在阻值较大的范围内调节时，电压表读数变化很小，为了较精确地测量该新干电池的内阻，加接一定值电阻，实验电路原理图如图(b)可用以下给定的器材和一些导线来完成实验，器材：量程3V的理想电压表V，量程0.6A的电流表A(具有一定内阻)，定值电阻R0(R01.5)，滑动变阻器R1(010)，滑动变阻器R2(0200)，开关S.图17(1)为方便实验调节且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选用_(填“R1”或“R2”)，在闭合开关前为防止电表过载，滑动变阻器触头应移至_端(选填“左”或“右”)(2)用笔画线代替导线在图(c)中完成实物连接图(3)实验中改变滑动变阻器的阻值，测出几组电流表和电压表的读数，在给出的UI坐标系中画出UI图线如图(d)所示，则该新干电池的内阻r_.(保留两位有效数字)答案(1)R1左(2)如图所示(3)0.29(0.250.30均可) 2(安阻法)(20xx市高二上期末)某学习小组设计了如图18甲所示的电路测量电源电动势E和内阻r.实验器材有：待测电源，电流表A(量程为0.6A，内阻不计)，电阻箱R，开关S，导线若干闭合S，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应电流I，由测得的数据绘出了如图乙所示的R图线，则电源电动势E_V，内阻r_.图18答案1.53.0解析由闭合电路欧姆定律可知：I，即：；R图象的斜率为，解得：E1.5V；纵截距2.0，解得：r3.0.3(伏安法)(20xx市示范高中联谊学校高二上学期第二次月考)在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图19所示的实物电路图19(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到_(选填“最大值”“最小值”或“任意值”)(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R010的定值电阻两端的电压U，下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是_(选填“1”或“2”)电阻箱的阻值R/方案编号R1R2R3R4R51400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0(3)根据实验数据描点，绘出的R图象是一条直线若直线的斜率为k，在坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E_，内阻r_.(用k、b和R0表示)答案(1)最大值(2)2(3)R0解析(3)根据闭合电路的欧姆定律EU(Rr)得：RR图象的斜率k，纵截距b得：E，rR0.一、选择题1(20xx市高一下期末)如图1所示，在测电源电动势和内阻的实验中，闭合开关S，改变滑动变阻器的阻值，读出电压表示数U和电流表示数I，下列说法正确的是()图1A电压表读数U增大时电流表读数I也必定增大B电压表与电流表读数变化量的比值的绝对值|是滑动变阻器的电阻C电压表与电流表读数的比值是电源内阻D电压表与电流表读数变化量的比值的绝对值|是电源内阻答案D2(多选)某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为020，连接电路的实物图如图2所示图中接线错误或不妥的是()图2A滑动变阻器不起变阻作用B电流表接线有错C电压表量程选用不当D电压表接线不妥答案ABD解析变阻器要起到变阻作用，接入电路的两根导线一条接在上面的接线柱上，另一条接在下面的接线柱上；电表接入电路，选好量程后，还应注意正、负接线柱，题图中电流表接法不对；在实验中电压表不应并联在电源两端，因为开关断开后，电压表仍有读数二、非选择题3在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路图3(1)按图3甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来(2)在图乙的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于_端(选填“A”或“B”)(3)如图丙是根据实验数据作出的UI图象，由图可知，电源的电动势E_V，内阻r_.答案(1)见解析图(2)A(3)1.51.0解析(1)电路连接如图所示(2)闭合开关前，滑动变阻器接入电路中的阻值应该最大，故滑片应置于A端(3)由题图图象可知，电源电动势为1.5V，内阻r1.0.4(20xx市高一下期末)用如图4所示的电路测量一节干电池的电动势和内阻除开关和导线外，可供使用的实验器材还有：图4电流表(量程00.6A,03A)电压表(量程03V,015V)滑动变阻器R1(阻值范围020，额定电流2A)滑动变阻器R2(阻值范围0100，额定电流1A)(1)为提高测量精度，电流表应选用的量程是_A，电压表应选用的量程是_V；为多测量几组数据，滑动变阻器应选用_(填写滑动变阻器符号)；(2)实验开始前，滑动变阻器的滑动触头P应移到_端(选填“a”或“b”)；(3)改变滑动变阻器R的阻值，测出6组U和I的值如下表所示其中5组数据的对应点已经标在图5中的坐标纸上，请在坐标纸上标出第二组数据的对应点，并画出UI图线.序号123456电压U/V1.351.301.251.201.151.10电流I/A0.1200.1400.2400.3000.3600.420图5(4)由图象求得电池的电动势E_V，内阻r_.(保留到小数点后两位)答案(1)00.603R1(2)a(3)如图所示(4)1.450.84(0.810.85均可)5(20xx市八校高二上期中)某研究小组收集了两个电学元件：电阻R0(约为2k)和手机中的锂电池(电动势E标称值为3.7V，允许最大放电电流为100mA)实验室备有如下器材：A电压表V(量程3V，电阻RV约为4.0k)B电流表A1(量程100mA，电阻RA1约为5)C电流表A2(量程2mA，电阻RA2约为50)D滑动变阻器R1(040，额定电流1A)E电阻箱R2(0999.9)F开关S一只、导线若干(1)为了测定电阻R0的阻值，小明设计了一电路，与其对应的实物图如图6，图中的电流表A应选_(选填“A1”或“A2”)，请将实物连线补充完整图6(2)为测量锂电池的电动势E和内阻r，小红设计了如图7所示的电路图根据测量数据作出图象，如图8所示若该图线的斜率为k，纵轴截距为b，则该锂电池的电动势E_，内阻r_.(用k、b表示)图7图8答案(1)A2实物连线如图所示(2)解析(2)由EUr得：则b，k，故：E，r.6小华在“测量干电池的电动势和内阻”实验中，利用了如下实验器材：一只满偏电流为100A的表头，一只开关，两只电阻箱(0999.9)和导线若干图9(1)小华先将表头与图9甲中电阻箱1进行连接，将电阻箱调节至图乙所示阻值时，就可把表头改装成量程为50mA的电流表，电阻箱接入电路的阻值为_.(2)用笔画线代替导线，请将图甲所示实物电路连接图补充完整(3)通过改变电阻箱2的电阻R，测得相应的电流I，并且作相关计算后一并记录在下表中.实验次数123456R/95.075.055.045.035.025.0I/mA15.018.724.829.536.048.0IR/V1.431.401.361.331.261.20请在图丙中描绘出(IR)I图线；根据图线可求得电池的电动势E_V，内阻r_.(计算结果均保留三位有效数字)答案(1)5.0(2)如图(a)所示(3)如图(b)所示1.54(1.531.56均可)2.33(1.952.50均可)解析(1)由题图乙可知，电阻箱接入电路的阻值为5.0.(3)由闭合电路欧姆定律可知EIRIRAIr，其中RA为改装后的电流表内阻，整理得IRE(RAr)I，可知(IR)I图线与纵轴的交点为电源电动势，图象斜率的绝对值表示电流表内阻与电源内阻之和，设原微安表的内阻为RA，则，可见RA2495，故改装后的电流表内阻RA5，将表格中数据描点、连线，可知电源电动势约为1.54V，内阻为r2.33.7.某学习小组的同学设计了如图1