高三物理一轮复习导学案：测定电源电动势和内阻

编号:45高三物理(理)第=page1*2-11页(共4页)高三物理(理)第=page1*22页(共4页)必修3第十二章电能能量守恒定律8.5测定电源电动势和内阻学案45姓名_______班级_______学号_______【复习目标】1、识记实验目的和实验原理。2、描述实验步骤和数据处理。3、说出误差来源和注意事项。4、再认伏安法测电源电动势和内阻。5、再认测量电动势和内阻的其他方法。6、识别实验的迁移。拓展和创新。【复习重点】用伏安法测电源电动势；2、用其他方法测电源电动势；3、实验迁移创新【复习难点】误差分析；2、实验迁移创新。易错易混点：注意在处理数据时图象的两个截距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；注意产生误差有系统误差，也有偶然误差，在设计实验时要尽可能使实验更精确，应选取合理的电路图进行实验，测电源的电动势时电流表采用外接法。【知识点归纳】知识点1实验目的测定电源的电动势和内阻。知识点2实验原理1．用电压表、电流表、可变电阻(如滑动变阻器)测量。如图甲所示：测出两组U、I值，就能算出电动势和内阻。原理公式：E＝U＋Ir。2．用电流表、电阻箱测量。如图乙所示：测出两组I、R值，就能算出电动势和内阻。原理公式：E＝I(R＋r)。3．用电压表、电阻箱测量。如图丙所示：测出两组U、R值，就能算出电动势和内阻。原理公式：E＝U＋eq\f(U,R)r。下面以图甲所示的方法介绍实验步骤和实验数据的处理方法。知识点3实验器材电池(待测电源)，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，导线，坐标纸。知识点4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．闭合开关，调节滑动变阻器，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电压、电流值。4．断开开关，整理好器材。5．数据处理：在坐标纸上作U－I图线，求出E、r。知识点5数据处理1．公式法：原则上，利用两组U、I数据，根据公式E＝U＋Ir便可得到E、r，但这样误差较大，为减小误差，可测多次求平均值。2．图象法：将多组U、I数据描在坐标纸上，利用图线求解电动势和内阻。(1)图线的纵坐标是路端电压，横坐标是干路电流，根据U＝E－Ir，图线是向下倾斜的直线。(2)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。(3)实验中至少得到5组以上实验数据，画在坐标纸上拟合出一条直线。要使多数点落在直线上，且分布在直线两侧的点个数大致相等。(4)将图线延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就等于电动势。横轴截距点(路端电压U＝0)意味着短路情况，它的数值等于短路电流。知识点6注意事项1．实验电路图：电流表和滑动变阻器串联后与电压表并联。2．电流表一般选0～0.6A挡，电压表一般选0～3V挡。3．电流不能过大，一般小于0.5A。4．由于电池内阻一般较小，为使电压表读数有明显变化，可采用内阻较大的旧电池，或给电池串联一个定值电阻R0，测出等效内阻后再减掉R0即可。知识点7误差分析1．系统误差：由于电压表分流，电流表读数略小于干路总电流，使E、r测量值均小于真实值。2．偶然误差：读数或作图不准确会产生偶然误差。考点一、伏安法测电源电动势和内阻学法指导：掌握用伏安法测电动势和内阻的方法。【典例1】用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有：电流表A1(量程0～30mA)；电流表A2(量程0～100mA)；电压表V(量程0～6V)；滑动变阻器R1(阻值0～5Ω)；滑动变阻器R2(阻值0～300Ω开关S一个，导线若干条。某同学的实验过程如下：①设计如图甲所示的电路图，正确连接电路。②将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，I为横轴，得到如图乙所示的图线。③断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变。重复②的步骤，得到另一条U－I图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0,0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)。回答下列问题：(1)电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。(2)由图乙的图线，得电源内阻r＝________Ω。(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx＝________，代入数值可得Rx。(4)若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围________，电压表示数变化范围________。(均填“相同”或“不同”)考点二、测量电动势和内阻的其他方法学法指导：记住课本上的测金属电阻率的实验原理和步骤【典例2】某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材：一个满偏电流为100μA、内阻为2500Ω的表头，一个开关，两个电阻箱(0～999.9Ω)和若干导线。(1)由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为50mA的电流表，则应将表头与电阻箱________(填“串联”或“并联”)，并将该电阻箱阻值调为________Ω。(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量，实验电路如图甲所示，通过改变电阻R测相应的电流I，且作相关计算后一并记录如下表：123456R/Ω95.075.055.045.035.025.0I/mA15.018.724.829.536.048.0IR/V1.421.401.361.331.261.20(3)根据表中数据，图中已描绘出四个点，将5、6两组数据也描绘在图乙中，描绘IR－I图线。(4)根据图线可得电池的电动势E是_____V，内阻r是_____Ω。【知识结构构建】一．测定电源电动势和内阻的其他方法1.实验方法、方案的拓展.2粗测法：用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源电动势，此时U＝eq\f(ERV,RV＋r)≈E，需满足RV≫r.二.误差分析1．偶然误差(1)由于读数不准和电表线性不良引起误差．(2)用图象法求E和r时，由于作图不准确造成误差．(3)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化．2．系统误差由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差．(1)如图甲所示，在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是准确的电源两端电压．而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大．结论：①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，短路电流测量值＝真实值；②E测<E真；③因为r测＝eq\f(E测,I短)，所以r测<r真．从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测)，如图乙所示，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻R断开时，a、b两点间电压Uab等于电动势E测，此时电源与电压表构成回路，所以Uab<E真，即E测<E真．(2)若采用如图丙所示的电路，IA为电源电流真实值，理论上有E＝U＋UA＋IAr，其中UA不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，UA越大，当电流为零时，UA＝0，电压为准确值，等于E.结论：①E为真实值；②I短测<I短真；③因为r测＝eq\f(E,I短测)，所以r测>r真，r测为r真和RA的串联值，由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的测量误差非常大．【训练检测】某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1＝1.0kΩ，电阻R1＝9.0kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0＝3.0Ω的电阻。(1)按图示电路进行连接后，发现aa′、bb′和cc′三条导线中，混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的，将开关S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b′间电压，读数不为零，再测量a、a′间电压，若读数不为零，则一定是________导线断开；若读数为零，则一定是________导线断开。(2)排除故障后，该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如图。由I1—I2图象得到电池的电动势E＝________，内阻r＝________Ω。2.根据闭合电路欧姆定律，用图甲所示电路可以测定电池的电动势和内阻。图中R0是定值电阻，通过改变R的阻值，测出R0两端的对应电压U12，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的。根据实验数据在eq\f(1,U12)－R坐标系中描出坐标点，如图乙所示。已知R0＝150Ω，请完成以下数据分析和处理。(1)图乙中电阻为________Ω的数据点应剔除。(2)在图乙坐标纸上画出eq\f(1,U12)－R关系图线。(3)图线的斜率是________(V－1·Ω－1)，由此可得电池电动势E＝________V。3．[实验原理与误差分析]在测量一节干电池的电动势E和内阻r的实验中，小明设计了如图3甲所示的实验电路．(1)根据图甲实验电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接．(2)实验开始前，应先将滑动变阻器的滑片P移至________(选填“a”或“b”)端．(3)合上开关S1，S2接图甲中的1位置，改变滑动变阻器的阻值，记录下几组电压表示数和对应的电流表示数；S2改接图甲中的2位置，改变滑动变阻器的阻值，再记录下几组电压表示数和对应的电流表示数．在同一坐标系内分别描点作出电压表示数U和