人教版選修31 2.10實(shí)驗(yàn)測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻 學(xué)案.doc

第10節(jié)實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻研究學(xué)考明確要求知識(shí)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻考試要求學(xué)考基本要求1.知道伏安法測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)電阻的原理和電路圖。2會(huì)用伏安法測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。3會(huì)利用ui圖象求出電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。發(fā)展要求1.領(lǐng)會(huì)利用圖象求電池電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)電阻的優(yōu)點(diǎn)。2了解測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的其他方法。說(shuō)明不要求分析測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻實(shí)驗(yàn)的誤差?；?礎(chǔ) 梳 理1實(shí)驗(yàn)方案圖1(1)伏安法：由euir知，只要測(cè)出u、i的兩組數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于e、r的方程，從而解出e、r，用到的器材有電池、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表，電路圖如圖1所示。圖2(2)安阻法：由eirir可知，只要能得到i、r的兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于e、r的兩個(gè)方程，就能解出e、r，用到的器材有電池、開(kāi)關(guān)、電阻箱、電流表，電路圖如圖2所示。圖3(3)伏阻法：由eur知，如果能得到u、r的兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于e、r的兩個(gè)方程，就能解出e、r，用到的器材是電池、開(kāi)關(guān)、電阻箱、電壓表，電路圖如圖3所示。2實(shí)驗(yàn)步驟圖4(1)電流表用0.6 a量程，電壓表用3 v量程，按實(shí)驗(yàn)原理圖連接好電路。(2)把滑動(dòng)變阻器滑片移到使其阻值最大的一端。(3)閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表有明顯的示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(i、u)。用同樣的方法測(cè)量幾組i、u值，填入表格。次數(shù)123456i(a)u(v)(4)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，整理器材。3數(shù)據(jù)處理(1)公式法：把測(cè)量的幾組數(shù)據(jù)分別代入euir中，然后兩個(gè)方程為一組，解方程求出幾組e、r的值，最后對(duì)e、r分別求平均值作為測(cè)量結(jié)果。(2)圖象法以i為橫坐標(biāo)，u為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)幾組i、u的測(cè)量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)；用直尺畫(huà)一條直線，使盡量多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)，能大致均衡地分布在直線兩側(cè)；圖5如圖5所示：a圖線與縱軸交點(diǎn)為e。b圖線與橫軸交點(diǎn)為i短。c圖線的斜率表示r|。4注意事項(xiàng)(1)為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，宜選用舊電池和內(nèi)阻較大的電壓表。(2)電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象較嚴(yán)重，電動(dòng)勢(shì)e會(huì)明顯下降，內(nèi)阻r會(huì)明顯增大，故長(zhǎng)時(shí)間放電電流不宜超過(guò)0.3 a，短時(shí)間放電電流不宜超過(guò)0.5 a。因此實(shí)驗(yàn)中不宜 將i調(diào)得過(guò)大，讀電表的示數(shù)時(shí)要快，每次讀完后應(yīng)立即斷電。(3)當(dāng)干電池的路端電壓變化不很明顯時(shí)，作圖象時(shí)，縱軸單位可取得小一些，且縱軸起點(diǎn)可不從零開(kāi)始。圖6如圖6所示，此時(shí)圖線與縱軸交點(diǎn)仍為電池的電動(dòng)勢(shì)e，但圖線與橫軸交點(diǎn)不再是短路電流，內(nèi)阻要在直線上取較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)用r|求出。(4)為了提高測(cè)量的精確度，在實(shí)驗(yàn)中i、u的變化范圍要大一些，計(jì)算e、r時(shí)，u1和u2、i1和i2的差值要大一些。(5)用伏安法測(cè)電動(dòng)勢(shì)e和內(nèi)電阻r時(shí)，可以設(shè)計(jì)成兩種電路。圖7如圖7所示，在實(shí)驗(yàn)中我們選擇甲圖的原因有：依據(jù)閉合電路的歐姆定律euir，在實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)路端電壓u和通過(guò)電源中的電流i，可以看出，甲圖中由于電壓表的分流作用，使電流表測(cè)得的不是真實(shí)的通過(guò)電源的電流，乙圖中由于電流表的分壓作用，電壓表測(cè)得的不是真實(shí)的路端電壓，這兩個(gè)電路都存在系統(tǒng)誤差，由于電流表的電阻和電源的內(nèi)阻差不多大，故電流表的分壓作用不能忽略，所以選用甲圖。(6)儀器的選擇電流表量程的選擇：量程要大于電源允許通過(guò)的最大電流，對(duì)于電池來(lái)講允許通過(guò)的最大電流是0.5 a，故需要選00.6 a。電壓表量程的選擇：量程要大于電源電動(dòng)勢(shì)，對(duì)一節(jié)干電池來(lái)講，在大于1.5 v的情況下電壓表量程越小越好。滑動(dòng)變阻器的選擇：滑動(dòng)變阻器的最大電阻為待測(cè)電阻的幾倍時(shí)較好，在該實(shí)驗(yàn)中因電源內(nèi)阻比較小，故滑動(dòng)變阻器選擇較小一點(diǎn)的即可。典 例 精 析在“用電流表和電壓表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻”的實(shí)驗(yàn)中。(1)備有如下器材a干電池1節(jié)b滑動(dòng)變阻器(020 )c滑動(dòng)變阻器(01 k)d電壓表(03 v)e電流表(00.6 a)f電流表(03 a)g開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干其中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_。(只填器材前的序號(hào))(2)為了最大限度的減小實(shí)驗(yàn)誤差，請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫(huà)出該實(shí)驗(yàn)最合理的電路圖。 (3)某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的ui圖象如圖8所示，由圖象可得電池的電動(dòng)勢(shì)為_(kāi) v，內(nèi)電阻為_(kāi) 。圖8解析(1)滑動(dòng)變阻器的最大值一般為待測(cè)電阻的幾倍時(shí)較好，在該實(shí)驗(yàn)中因電源內(nèi)阻比較小，故滑動(dòng)變阻器選擇較小一點(diǎn)的即可，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選b。(也可以從便于調(diào)節(jié)的角度來(lái)分析，應(yīng)該選擇阻值較小的滑動(dòng)變阻器。)電流表的量程要大于電源允許通過(guò)的電流，對(duì)于電池來(lái)講允許通過(guò)的最大電流一般是0.5 a，故需要選擇00.6 a，所以電流表應(yīng)選e。(2)電路圖如圖所示。(3)由ui圖象可知：縱截距為1.5 v，故電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5 v；內(nèi)電阻r 1 。答案(1)be(2)見(jiàn)解析(3)1.51本題的解題關(guān)鍵是看清楚橫截距是路端電壓為0.9 v時(shí)的電流，不是短路電流，因此不能用r求內(nèi)阻，只能用r計(jì)算電池的內(nèi)阻r。當(dāng)然在求解時(shí)最后從所給的數(shù)據(jù)中選擇兩組嚴(yán)格在線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，不然讀數(shù)誤差太大。即 學(xué) 即 練某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖9所示電路測(cè)定一節(jié)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，備有下列器材：圖9待測(cè)電池，電動(dòng)勢(shì)約為1.5 v(小于1.5 v)電流表，量程0.6 a電壓表，量程1.5 v滑動(dòng)變阻器，020 開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干(1)按電路圖將實(shí)物(如圖10甲所示)連接起來(lái)。(2)小組由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的ui圖象如圖乙所示，由圖象可求得電池電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)v，內(nèi)阻為_(kāi)。圖10解析(1)根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖時(shí)，一定要看清電路的結(jié)構(gòu)，滑動(dòng)變阻器的接線柱所在的位置，注意導(dǎo)線不能交叉。(2)電池的電動(dòng)勢(shì)是縱軸截距1.45 v，內(nèi)阻r 2.9 。答案(1)如圖所示(2)1.452.91.在測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出了正確ui圖象，如圖11所示，其中圖線斜率絕對(duì)值的物理含義是()圖11a短路電流 b電源內(nèi)阻c電源電動(dòng)勢(shì) d全電路電阻解析由測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)所作出的ui圖象，圖線斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻。答案b2在測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，通常有三種測(cè)定方案，即“伏安法”、“電流表電阻箱法”、“電壓表電阻箱法”。下面所給出的四種電路中，能完成此實(shí)驗(yàn)的是()解析選項(xiàng)a中的電流表被短路，是錯(cuò)誤的；選項(xiàng)b中的電流表、電壓表均與滑動(dòng)變阻器的滑片左邊部分線圈并聯(lián)，電壓表不是測(cè)的路端電壓，是錯(cuò)誤的；選項(xiàng)c中的電路可以測(cè)出路端電壓u，而外電路電阻可由電阻箱讀出，利用i就可以計(jì)算出電流i，得出u和i，就能測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻；選項(xiàng)d中的電路只能測(cè)出電路的電流值，無(wú)法測(cè)出路端電壓值或者外電路的電阻值，所以測(cè)不出電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。選項(xiàng)c正確。答案c3某研究性學(xué)習(xí)小組利用如圖12甲所示電路測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)e和內(nèi)阻r。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出如圖乙所示的r圖線，其中r為電阻箱的讀數(shù)，i為電流表的讀數(shù)，由此可以得到電源電動(dòng)勢(shì)e和內(nèi)阻r分別是()甲乙圖12ae3.0 v，r0.8 be6.0 v，r0.8 ce1.5 v，r0.9 de4.5 v，r1 解析根據(jù)閉合電路歐姆定律有i，所以rr，可見(jiàn)，題圖乙所示的r圖線的斜率大小表示電源電動(dòng)勢(shì)e，圖線的縱截距表示r，所以e3.0 v，r0.8 。答案a4(20184月金華十校聯(lián)考)在“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻”實(shí)驗(yàn)中。(1)某同學(xué)用多用電表粗測(cè)一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)，選擇開(kāi)關(guān)應(yīng)置于合適位置，下列符合要求的是_。(2)該同學(xué)根據(jù)圖13甲中的電路圖將實(shí)驗(yàn)儀器連接成如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)電路，a、b、c、d四條導(dǎo)線中，其中有一條導(dǎo)線連接錯(cuò)誤，則該導(dǎo)線是_。(3)該同學(xué)利用正確的電路測(cè)得多組電流、電壓值，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到如圖丙所示的ui圖線，由此可知該電池的電動(dòng)