2019_2020学年高考物理主题2电路及其应用10实验:测定电池的电动势和内阻学案必修.docx
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1、10实验:测定电池的电动势和内阻学科素养与目标要求物理观念:知道测定电池的电动势和内阻的实验原理: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势,体会“化曲为直”的思想方法.一、测定电池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
2、表,电路图如图1所示.图12.安阻法:由EIRIr可知,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2所示.图23.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
3、(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
4、.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的明显变化.(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,
5、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
6、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;为使电流表有较大角度的偏转,需选用全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,对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近.3.
7、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_.图9答案(1)见解析图(2)见解析图1.46(1.4
8、51.47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;由图线斜率的绝对值即电源内阻得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
9、: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(2018菏泽市高二上期末)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.
10、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)如图所示(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E
11、I(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
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