選修3-1第二章第9節(jié)《實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻》導(dǎo)學(xué)案.doc

課時(shí)2.9實(shí)驗(yàn):測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻1.知道測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理,進(jìn)一步感受電源路端電壓隨電流變化的關(guān)系。2.學(xué)會(huì)根據(jù)圖象合理外推進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法。3.嘗試分析電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量中的誤差,了解測(cè)量中減小誤差的方法。4.培養(yǎng)仔細(xì)觀察、真實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和實(shí)事求是的品質(zhì)。1.實(shí)驗(yàn)原理(1)如圖甲所示,根據(jù)關(guān)系式E=U+Ir,可以用電壓表、電流表加上一個(gè)可以改變的電阻器測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 (2)如圖乙所示,根據(jù)關(guān)系式E=IR+Ir,可以用電流表、電阻箱測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 (3)如圖丙所示,根據(jù)關(guān)系式E=,可以用電壓表、電阻箱測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。甲乙丙2.實(shí)驗(yàn)方法 (1)把較粗的銅絲和鐵絲相隔幾毫米插入馬鈴薯或蘋(píng)果中,就制成了一個(gè)水果電池,其中銅絲是電池的正極,鐵絲是負(fù)極。 (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)改變電阻,可以獲得多組電壓值和電流值,并記錄在表中。 (3)用水果電池做實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是它的內(nèi)阻較大,容易測(cè)量,缺點(diǎn)是內(nèi)阻容易發(fā)生變化,測(cè)量前要做好充分準(zhǔn)備,使測(cè)量盡量迅速。 3.數(shù)據(jù)處理 (1)解方程組法:用兩組數(shù)據(jù)分別代入關(guān)系式E=U+Ir中,解方程組就可以算出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,此法的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單,但誤差較大。 (2)圖象法:以I為橫坐標(biāo)、U為縱坐標(biāo)建立坐標(biāo)系,根據(jù)所測(cè)量的多組數(shù)據(jù)畫(huà)出U-I圖象,由函數(shù)式U=-rI+E可知圖象縱軸的截距為電動(dòng)勢(shì),橫軸的截距為短路電流,由關(guān)系式r=可以求出電源的內(nèi)阻。主題1:實(shí)驗(yàn)原理閱讀教材中“實(shí)驗(yàn)原理”標(biāo)題下面的內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)討論根據(jù)閉合電路歐姆定律如何求一個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。(2)如何測(cè)出一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻?需要什么儀器,采用什么樣的電路圖?原理是什么?主題2:實(shí)驗(yàn)方法(重點(diǎn)探究)閱讀教材中“實(shí)驗(yàn)方法”標(biāo)題下面的內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)教材中介紹用水果電池做實(shí)驗(yàn),這樣選擇的優(yōu)點(diǎn)是什么?如果實(shí)驗(yàn)中用干電池來(lái)代替水果電池,是選擇新一些的電池好還是舊一些的電池好?為什么?實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意什么問(wèn)題?(2)簡(jiǎn)要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟。主題3:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理閱讀教材中“數(shù)據(jù)處理”相關(guān)內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。(1)利用解方程組的方法求解E和r有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?(2)電池的U-I圖象的截距、斜率分別表示什么物理量?(3)畫(huà)U-I圖象時(shí),縱軸可以不從零開(kāi)始,如圖所示。通過(guò)此圖如何得出E和r?1.圖甲是學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的有兩個(gè)量程的電流表刻度盤(pán),當(dāng)用“-”和“0.6”兩接線柱時(shí),能測(cè)量的最大電流是A,對(duì)應(yīng)刻度盤(pán)上每一小格代表A,圖中指針示數(shù)為A。圖乙為學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的有兩個(gè)量程的電壓表刻度盤(pán),當(dāng)使用較小量程時(shí),測(cè)量電壓最大值不得超過(guò)V,每小格表示V,圖中指針示數(shù)為V。2.下列給出多種用伏安法測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的數(shù)據(jù)處理方法,其中既能減小偶然誤差,又直觀、簡(jiǎn)便的是()。A.測(cè)出兩組I、U的數(shù)據(jù),代入方程組E=U1+I1r和E=U2+I2r,求出E和rB.多測(cè)幾組I、U的數(shù)據(jù),求出幾組E、r,最后分別求出其平均值C.測(cè)出多組I、U的數(shù)據(jù),畫(huà)出U-I圖象,再根據(jù)圖象求出E、rD.多測(cè)幾組I、U的數(shù)據(jù),分別求出I和U的平均值,用電壓表測(cè)出斷路時(shí)的路端電壓即為電動(dòng)勢(shì)E,再用閉合電路歐姆定律求出電池內(nèi)阻r3.圖示是根據(jù)某次實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)所畫(huà)出的U-I 圖象,下列關(guān)于這個(gè)圖象的說(shuō)法正確的是()。A.縱軸截距表示電源的電動(dòng)勢(shì),即E=3 VB.橫軸截距表示短路電流,即I短=0.6 AC.根據(jù)r=EI短,計(jì)算出待測(cè)電源內(nèi)阻為5 D.根據(jù)r=|UI|,計(jì)算出待測(cè)電源內(nèi)阻為1 4.欲測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,除待測(cè)電池、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線外,配合下列儀器,可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?)。A.一只電壓表和一個(gè)電阻箱B.一只電流表、一只電壓表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器C.一只電流表和一個(gè)電阻箱D.一只電流表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器拓展一、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理1.用電流表和電壓表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r,所用電路如圖甲所示,一位同學(xué)測(cè)得的6組數(shù)據(jù)如下表所示。組別123456電流I/A0.120.200.310.320.500.57電壓U/V1.371.321.241.181.101.05(1)試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖乙中畫(huà)出U-I圖線。甲乙(2)根據(jù)圖線求出電池的電動(dòng)勢(shì)E=V,電池的內(nèi)阻r=。(3)若不畫(huà)出圖線,只選用其中兩組U和I的數(shù)據(jù),用公式E=U+Ir列方程求E和r,這樣做可能得出誤差很大的結(jié)果,其中選用第組和第組的數(shù)據(jù),求得的E和r誤差最大。拓展二、對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2.在測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中,備有下列器材:A.待測(cè)干電池(電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V,內(nèi)阻小于1.0 )B.電流表(滿偏電流Ig=3 mA,內(nèi)阻Rg=10 )C.電流表(00.6 A,內(nèi)阻0.1 )D.滑動(dòng)變阻器R1(020 ,10 A)E.滑動(dòng)變阻器R2(0200 ,1 A)F.定值電阻R0(990 )G.開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干(1)某同學(xué)發(fā)現(xiàn)上述器材中雖然沒(méi)有電壓表,但給出了兩個(gè)電流表,于是他設(shè)計(jì)了圖甲中的a、b兩個(gè)參考實(shí)驗(yàn)電路。其中合理的是圖所示的電路;在該電路中,為了操作方便且能較準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選(填寫(xiě)器材的字母代號(hào))。(2)圖乙為該同學(xué)根據(jù)(1)中選出的合理實(shí)驗(yàn)電路,利用測(cè)出的數(shù)據(jù)繪出的I1-I2圖線(I1為電流表的示數(shù),I2為電流表的示數(shù)),則由圖線可得被測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)E=V,內(nèi)阻r=。答案課時(shí)2.9實(shí)驗(yàn):測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻知識(shí)體系梳理U+Ir電壓電流IR+Ir電流U+UrR電壓正負(fù)電流內(nèi)阻內(nèi)阻迅速兩U+Ir較大電動(dòng)勢(shì)短路EI短重點(diǎn)難點(diǎn)探究主題1:(1)由E=U+Ir知,只要知道兩組U、I的值(U1、I1)、(U2、I2)就可以通過(guò)解方程組,求出E、r的值。由E=U+URr知,只要知道兩組U、R的值(U1、R1)、(U2、R2)就能求解E、r。由E=IR+Ir知,只要知道兩組I、R的值(I1、R1)、(I2、R2)就能求解E、r。(2)方案一:用電壓表、電流表、可變電阻(如滑動(dòng)變阻器)測(cè)量。如圖甲所示,原理公式:E=U+Ir。方案二:用電流表、電阻箱測(cè)量。如圖乙所示,原理公式:E=IR+Ir。方案三:用電壓表、電阻箱測(cè)量。如圖丙所示,原理公式:E=U+URr。主題2:(1)水果電池的內(nèi)阻較大,容易測(cè)量。因?yàn)榕f電池內(nèi)阻較大,所以實(shí)驗(yàn)中選擇舊一些的電池好。電池在使用過(guò)程中,內(nèi)阻、電動(dòng)勢(shì)都會(huì)發(fā)生變化,實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)量盡量迅速點(diǎn),使得在內(nèi)阻發(fā)生較大變化之前結(jié)束測(cè)量。(2)實(shí)驗(yàn)步驟:按原理圖連接電路;把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片移到一端,使接入電路部分的電阻最大;閉合開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使電流表有明顯示數(shù),記錄一組電流表和電壓表的示數(shù);用同樣的方法,測(cè)量幾組U、I數(shù)值并記錄下來(lái);斷開(kāi)開(kāi)關(guān),整理好器材;根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)求得E、r。主題3:(1)利用解方程組的方法求解E和r的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)則是有可能產(chǎn)生較大的誤差。(2)圖線的縱坐標(biāo)表示路端電壓,它反映的是:當(dāng)電流I增大時(shí),路端電壓U將隨之減小,U與I呈線性關(guān)系:U=E-Ir?？v軸截距意味著斷路情況,它的數(shù)值就是電源電動(dòng)勢(shì)E,橫軸截距(路端電壓U=0)意味著短路情況,它的數(shù)值就是短路電流,圖象斜率絕對(duì)值是電池的內(nèi)阻r。也就是說(shuō)只要畫(huà)出U-I圖象,就可求得電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。(3)此圖線與縱軸的交點(diǎn)仍為電池的電動(dòng)勢(shì),但圖線與橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流。圖線的斜率仍等于電池的內(nèi)阻,求內(nèi)阻時(shí)可由直線上取較遠(yuǎn)的兩點(diǎn),用r=|U2-U1I2-I1|求出?；A(chǔ)智能檢測(cè)1.0.60.020.343.00.12.202.C3.AD4.ABC全新視角拓展1.(1)如圖所示(2)1.460.72(3)34【解析】(1)本題考查用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。作圖線時(shí)應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)落在直線上,個(gè)別偏離太大的點(diǎn)應(yīng)舍去,圖線如圖所示。(2)由圖線與縱軸的交點(diǎn)可得電動(dòng)勢(shì)E=1.46 V,再讀出圖線與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)(0.64,1.00),由E=U+Ir得r=E-UI=1.46-1.000.64 =0.72 。(3)由圖線可以看出第四組數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離直線最遠(yuǎn),應(yīng)舍去,若選用第3組和第4組數(shù)據(jù)求E和r,相當(dāng)于過(guò)這兩點(diǎn)作一直線求E和r。而此直線與所畫(huà)的直線偏離最遠(yuǎn),所以選用第3組和第4組數(shù)據(jù)求得的E和r誤差最大。2.(1)bD(2)1.48(1.471.49均正確)0.8(0.780.82均正確)【解析】(1)電路a中電流表和定值電阻R0組成的電壓表量程為0.6990 V=594 V,而電源電動(dòng)勢(shì)僅約為1.5 V,所以電路a不合理,電路b合理。電源的內(nèi)阻較小,又滑動(dòng)變阻器采用限流式,所以用滑動(dòng)變阻