【教学设计】《测量电动势内阻》（教科版）.docx

测量电动势内阻 教材分析电源的电动势和内阻是电源自身的特性，本节在“实验设计”的开头即指出：电源的电动势等于断路时的路端电压，但用电压表测出的断路时的路端电压，却并不准确地等于电源的电动势；再者，测电源内阻也不可能象测导体电阻那样简单，因为电源的内电压很难直接测量，由此引出用闭合电路欧姆定律测量的方法。本实验由于电表内阻会产生系统误差，有两种电路连接方法，这是本节的难点所在，可适当补充对应的误差分析。 教学目标1 通过测量电源电动势与电源内阻的分组实验，学会根据物理规律设计物理实验并进行实验操作的基本方法。2 通过实验数据的采集、分析、思考、归纳，进行逻辑思维的训练。 3会分析电表内阻对实验的系统误差的影响。4掌握测量电源电动势和内阻的其他方法及其原理。 教学重难点1.重点：应用闭合电路欧姆定律测量电源的电动势和内阻难点：实验系统误差的分析 课前准备测量电源的电动势和内阻多媒体课件、旧干电池、滑动变阻器、开关、电压表、电流表、导线 课堂环节 【课堂引入】问题：电源电动势和内电阻是反映电源特性的物理量，仅由电源本身决定，在电源工作时间不太长的情况下，一般认为其值是固定不变的，怎样才能准确测定这两个物理量呢？我们来学习第五节测量电源的电动势和内阻。【课堂学习】学习活动一：实验设计问题1：从理论上说电源电动势可以通过测量断路时的路端电压而得到，但由于电压表的内阻并非无穷大，实验存在系统误差，电压表示数与电源电动势的关系如何？电压表接在电源两极间，那么电压表内有微弱的电流流过，电压表所测电压实为电源的路端电压，因电压表内阻很大，电源内阻一般较小，所以这样测出“电动势”比真实电动势略小些，存在系统误差。问题2：电源的内阻能象测导体电阻一样用伏安法测量吗？根据伏安法测量电阻的原理，需要测量内阻的电流和内电压，电流可用电流表在外电路测得，但电源的内电压却很难测量。问题3：综上所述，电源的电动势和内电阻如何才能准确测量呢？可以利用闭合电路欧姆定律来测量，根据关系式：，用电压表和电流表分别测量电源在工作时的路端电压和干路电流，从理论上说只需测出两组U、I数据即可求出电源的电动势和内阻。问题4：本实验需要哪些实验器材？首先是待测电源（最好用旧电池，内阻会大一些）、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线，其中滑动变阻器既可充当外电路的电阻，又可以起到调节作用，得到多组实验数据。学习活动二：实验操作及系统误差分析问题1：由于电压表和电流表内阻的影响，使得实验存在系统误差。如图两种电路中，电压表和电流表测量的是真实的路端电压和干路电流吗？SAV甲SAV乙甲图中电压表所测数据为真实路端电压，但由于电压表的分流作用，使得电流表所测电流比真实干路电流偏小；乙图中电流表所电流为真实干路电流，但由于电流表的分压作用，使得电压表所测数据比真实路端电压偏小。由此可见，不论哪种实验电路都存在系统误差。问题2：以上两种电路所测出的电源电动势和内阻比真实值偏大还是偏小？甲电路中对应每一个U，I真I测，当U0时I真=I测，得到虚线所示真实图线（如图丙），由图可知甲电路E测 E真，r测U测，当I0时U真=U测，得到虚线所示真实图线（如图丁），由图可知乙电路E测= E真，r测 r真。UIOE测E真图丙UIOEI测I真图丁问题3：在具体的实验中如何选择这两种电路，使得实验的系统误差更小些呢？这主要看电源的内阻大小，对于内阻较大的电源，宜用乙电路图，因为电流表的内阻一般很小，在乙电路中电流表的分压与内电压相比可忽略，相对来说误差较小；对于内阻较小的电源，由丙图可知两图线对应同一电压的电流差较小，即甲图中电压表的分流较小，相对来说误差较小。（本实验所采用的电源是干电池，内阻一般很小，所以采用甲图测量系统误差较小；内阻太小测量起来也不方便，故使用旧电池，使得内阻略大些。）问题4：在本实验中如何适当选取滑动变阻器的大小？本实验只需采用滑动变阻器的限流接法连接电路即可，由于电路中只有两个“用电器”滑动变阻器和内阻，且它们串联，故在选择滑动变阻器时应使其总阻值与电源内阻接近，这样可使得滑动变阻器调节时电表示数变化明显，方便实验。选好电路后，按照电路图连接电路，调节滑变阻器分别测出U和I，把数据记录在表格中。学习活动三：数据处理问题1：如何根据测量的实验数据计算出电源电动势和内阻？从理论上讲只需测出两组实验数据，根据公式列出方程组求解即可计算出电源电动势和内阻。问题2：仅靠测出的两组数据计算结果可靠吗？如何能使结果更加可靠？仅靠两组数据计算可能存在较大的偶然误差，可调节滑动变阻器测出多组实验数据，作出路端电压U随干路电流I的图象，根据图象的物理意义求解电动势和内阻。这种图象是利用了多组实验数据描绘出来的，可以较大地减小偶然误差。问题3：如何根据描绘的图象求解电源电动势和内阻？作出的UI图线如图所示，图线与纵坐标的交点的物理意义即为电动势的大小，图线的斜率大小即为电源内阻。例题：在用电流表和电压表测电池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0.1和1k： 试在下图中画出连线将仪器连接成实验电路一位同学记录的6组数据见表，试根据这些数据在坐标纸中画出U-I图线，并读出电池的电动势E= V，内阻r= 。解析连线如图描出伏安特性曲线如图，由图线可求出E=1.46V r=0.72学习活动四：探寻测量电源电动势和内阻的其它方法问题：在缺少电流表或电压表的情况下，如何设计实验测量电源电动势和内阻呢？缺少电表时一般需要给一个电阻箱（能读数），或者给两只相同的表，有以下几种情况。E rVRS1、电压表和电阻箱组合 原理： SAE rR 2、电流表和电阻箱组合原理：E rA2A1RR0S 3、双电流表加定值电阻组合 原理： 可作出I1I2函数图象求解SV1V2E r 4、双电压表组合 原理：【课堂小结】问题1：如何设计实验测量电源的电动势和内阻？问题2：电表内阻对实验测量结果有什么影响？问题3：本实验有哪些处理数据的方法？问题4：还有哪些其他测量电源电动势和内阻的方法？【板书设计】第五节 学生实验：测量电源的电动势和内阻一、 实验