【優(yōu)化方案】高二物理 第2章第五節(jié)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻課件 教科_第1頁(yè)
【優(yōu)化方案】高二物理 第2章第五節(jié)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻課件 教科_第2頁(yè)
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第五節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn):測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo):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.經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程,掌握實(shí)驗(yàn)方法,學(xué)會(huì)根據(jù)圖像合理外推進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法.3.嘗試進(jìn)行電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻測(cè)量誤差的分析,了解測(cè)量中減小誤差的方法.重點(diǎn)難點(diǎn):利用圖像法求電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻;實(shí)驗(yàn)誤差分析.

核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練第五節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn):測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.知道測(cè)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.經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程,掌握實(shí)驗(yàn)方法,學(xué)會(huì)根據(jù)圖像合理外推進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法.3.嘗試進(jìn)行電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻測(cè)量誤差的分析,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)事求是的科學(xué)品質(zhì).滑動(dòng)變阻器一只鉛筆電壓表電流表圖2-5-1二、實(shí)驗(yàn)器材待測(cè)電池一節(jié),電流表(0~0.6A)、電壓表(0~3V)各一塊,_______________,開關(guān)一只,導(dǎo)線若干,_____,坐標(biāo)紙.三、實(shí)驗(yàn)原理1.電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r及路端電壓U可以寫成E=U+I(xiàn)r,如果能得到U、I兩組數(shù)據(jù),就能解得電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻,用_______和______加上一個(gè)滑動(dòng)變阻器就能測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻.如圖2-5-1甲所示.電流表電阻箱電壓表電阻箱四、實(shí)驗(yàn)步驟1.確實(shí)電流表、電壓表的量程,按實(shí)驗(yàn)電路圖連接好電路,并將滑動(dòng)變阻器的滑片移到使接入電路的阻值為________的一端.2.閉合開關(guān)S,接通電路,將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭由一端向另一端移動(dòng),從電流表有明顯讀數(shù)開始,記錄一組電流表、電壓表讀數(shù).3.同樣的方法,依次記錄多組U、I值.4.?dāng)嚅_開關(guān)S,_____電路.5.利用_______和_______求出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.最大值拆除公式法圖像法核心要點(diǎn)突破一、注意事項(xiàng)1.正確選用電壓表和電流表的量程,并注意正確連接表上的“+”“-”接線柱.2.實(shí)驗(yàn)前必須把變阻器的滑動(dòng)片置于阻值最大的位置,以防止出現(xiàn)燒壞電流表的事故.3.為了使電池的路端電壓變化明顯,電池的內(nèi)阻宜大些.4.由于干電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象嚴(yán)重,電動(dòng)勢(shì)會(huì)明顯下降,內(nèi)阻r會(huì)明顯增大,故實(shí)驗(yàn)中不能將電流調(diào)得過大(長(zhǎng)時(shí)間放電不宜超過0.3A,短時(shí)間放電不宜超過0.5A),且讀數(shù)要快,讀完后立即切斷電源.5.實(shí)驗(yàn)中U取值不能太小,一般不得小于1V,測(cè)得的U、I值不少于5組,且變化范圍要大一些,解方程組求解E、r值時(shí),取1、4組,2、5組,3、6組求解后,求平均值.6.畫U-I圖像時(shí),要盡量使多數(shù)點(diǎn)落在直線上,不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè).7.作U-I圖像時(shí),如果出現(xiàn)某組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)偏離直線較遠(yuǎn),就表明這組數(shù)據(jù)的偶然誤差較大,可將該點(diǎn)舍去.8.縱坐標(biāo)可不從零開始,直線的斜率等于電源內(nèi)阻,計(jì)算內(nèi)阻時(shí),要在直線上取兩較遠(yuǎn)點(diǎn)用r=ΔU/ΔI求出(橫坐標(biāo)必須從零開始).9.這條直線與縱軸交點(diǎn)的物理意義是等于電源電動(dòng)勢(shì),與橫軸交點(diǎn)的物理意義是等于短路電流,由此可知,用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是求得的是平均值.二、誤差分析1.電流表相對(duì)于待測(cè)電阻(電源內(nèi)阻)外接圖2-5-2(2)對(duì)比也可由由電路來解解釋:若把把圖甲中的的R和電流表看看成外電路路,則電壓壓表可看成成內(nèi)電路的的一部分,,故實(shí)測(cè)出出的是電池池和電壓表表這個(gè)整體體等效的r和E.電壓表和電電池并聯(lián),,故等效內(nèi)內(nèi)阻r小于電池內(nèi)內(nèi)阻r真.r測(cè)<r真,外電路路斷開時(shí),,ab兩點(diǎn)間電壓壓Uab即等效電動(dòng)動(dòng)勢(shì)E,此時(shí)電壓壓表構(gòu)成回回路,故Uab<E真,即E測(cè)<E真,測(cè)量值值實(shí)際上是是等效電源源的電動(dòng)勢(shì)勢(shì)E′和內(nèi)阻r′,當(dāng)把等效效電源外電電路短路時(shí)時(shí),電壓表表不再分流流,短路電電流等于通通過電池的的實(shí)際電流流,所以兩兩圖線相交交于相同的的短路電流流處(乙圖中的B點(diǎn)).2.電流表相相對(duì)于待測(cè)測(cè)電阻(電源內(nèi)阻)內(nèi)接圖2-5-3由于電流表表的分壓作作用,使得得電壓表的的讀數(shù)比電電源的路端端電壓小,,電流表測(cè)測(cè)得的電流流等于流過過電源的電電流,所以以在流過電電流相同的的情況下,,U測(cè)<U真,依照分分析可繪制制出圖2-5-3乙圖線,可可以從圖線線的意義得得E測(cè)=E真,r測(cè)>r真,對(duì)此也也可由電路路來解釋,,若把圖甲甲中的RA看成成內(nèi)內(nèi)電電阻阻的的一一部部分分,,故故實(shí)實(shí)測(cè)測(cè)出出的的是是電電池池和和電電流流表表這這個(gè)個(gè)整整體體的的等等效效電電動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì)E′′和內(nèi)內(nèi)阻阻r′′,r測(cè)==r′′=r真++RA>r真,,由由電電動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì)等等于于外外電電路路斷斷路路時(shí)時(shí)的的路路端端電電壓壓可可知知,,把把電電路路從從A、B處斷斷開開,,E測(cè)==UAB=E真,,所所以以兩兩圖圖線線交交于于縱縱軸軸上上的的同同一一點(diǎn)點(diǎn),,即即電電池池的的電電動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì)處處..綜合合上上述述,,任任一一種種電電路路都都存存在在系系統(tǒng)統(tǒng)誤誤差差,,因因電電源源內(nèi)內(nèi)阻阻較較小小,,不不能能采采用用電電流流表表內(nèi)內(nèi)接接中中的的測(cè)測(cè)量量電電路路,,盡盡管管電電動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì)的的測(cè)測(cè)量量值值準(zhǔn)準(zhǔn)確確,,但但內(nèi)內(nèi)阻阻的的測(cè)測(cè)量量誤誤差差很很大大,,因因此此要要選選用用電電流流表表外外接接的的測(cè)測(cè)量量電電路路,,另另外外實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)還還有有因因電電壓壓表表、、電電流流表表的的讀讀數(shù)數(shù)以以及及作作U-I圖線時(shí)時(shí)描點(diǎn)點(diǎn)不準(zhǔn)準(zhǔn)確造造成的的偶然然誤差差.即時(shí)應(yīng)應(yīng)用(即時(shí)突突破,,小試試牛刀刀)1.用伏安安法測(cè)測(cè)量電電源電電動(dòng)勢(shì)勢(shì)和內(nèi)內(nèi)電阻阻的實(shí)實(shí)驗(yàn)中中,下下列注注意事事項(xiàng)中中正確確的是是()A.應(yīng)選選用新新的干干電池池作為為被測(cè)測(cè)電源源,以以使電電壓表表的示示數(shù)變變化比比較明明顯B.應(yīng)選選用內(nèi)內(nèi)阻較較小的的電壓壓表和和電流流表C.移動(dòng)動(dòng)滑動(dòng)動(dòng)變阻阻器的的滑片片時(shí),,不能能使滑滑動(dòng)變變阻器器短路路,以以免造造成電電源過過載D.根據(jù)據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)記錄錄的數(shù)數(shù)據(jù)作作U-I圖線時(shí)時(shí),應(yīng)應(yīng)通過過盡可可能多多的點(diǎn)點(diǎn)畫一一條直直線,,并使使不在在直線線上的的點(diǎn)大大致分分布在在直線線的兩兩側(cè)解析::選CD.新干電電池的的內(nèi)阻阻較小小,不不易測(cè)測(cè)量,,而舊舊干電電池內(nèi)內(nèi)阻較較大,,故應(yīng)應(yīng)選用用舊一一些的的干電電池,,A錯(cuò);電電流表表內(nèi)阻阻較小小一些些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)誤差差會(huì)小小些,,但電電壓表表應(yīng)選選用內(nèi)內(nèi)阻較較大一一些的的,故故B錯(cuò),C、D正確..2.圖像像法::在坐坐標(biāo)紙紙上以以I為橫坐坐標(biāo)、、U為縱坐坐標(biāo)建建立直直角坐坐標(biāo)系系,根根據(jù)實(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)測(cè)得的的幾組組數(shù)據(jù)據(jù)在坐坐標(biāo)系系中描描點(diǎn),,這些些點(diǎn)大大致分分布在在一條條直線線上,,把明明顯偏偏離的的點(diǎn)舍舍去,,用直直尺畫畫一條條直線線,使使盡可可能多多的點(diǎn)點(diǎn)落在在這條條直線線上,,不在在直線線上的的點(diǎn)大大致均均衡地地分布布在直直線兩兩側(cè)..這條條直線線就是是方程程U=E-Ir的圖像像,由由此可可得,,U軸上的的截距距等于于電源源的電電動(dòng)勢(shì)勢(shì)E,I軸上的的截距距等于于短路路電流流,直直線的的斜率率等于于電源源的內(nèi)內(nèi)電阻阻r=E/I短.特別提提醒::若若U軸上的的數(shù)據(jù)據(jù)不是是從零零開始始的,,則圖圖線與與I軸的交交點(diǎn)就就不是是短路路電流流.四、實(shí)實(shí)物圖圖連線線問題題1.先畫畫出電電路圖圖,這這是連連接實(shí)實(shí)物圖圖的依依據(jù)..2.先連連接干干路,,再連連接支支路,,遵循循“先先串后后并””的原原則..3.注意意電源源的正正負(fù)極極,電電表的的正負(fù)負(fù)接線線柱,,電表表量程程的選選擇以以及滑滑動(dòng)變變阻器器接線線柱的的合理理選用用.4.注注意意連連線線不不能能交交叉叉,,電電鍵鍵要要能能夠夠控控制制電電路路..即時(shí)時(shí)應(yīng)應(yīng)用用(即時(shí)時(shí)突突破破,,小小試試牛牛刀刀)2.下列列給給出出多多種種用用伏伏安安法法測(cè)測(cè)電電池池的的電電動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì)和和內(nèi)內(nèi)電電阻阻的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù),,處處理理方方法法既既能能減減小小偶偶然然誤誤差差,,又又直直觀觀、、簡(jiǎn)簡(jiǎn)便便的的方方法法是是()A.測(cè)出兩兩組I、U的數(shù)據(jù),,代入方方程組E=U1+I(xiàn)1r和E=U2+I(xiàn)2r,求出E和rB.多測(cè)幾幾組I、U的數(shù)據(jù),,求出幾幾組E、r,最后分分別求出出其平均均值C.測(cè)出多多組I、U的數(shù)據(jù),,畫出U-I圖像,再再根據(jù)圖圖像求出出E、rD.多測(cè)幾幾組I、U的數(shù)據(jù),,分別求求出I和U的平均值值,用電電壓表測(cè)測(cè)出斷路路時(shí)的路路端電壓壓即為電電動(dòng)勢(shì)E,再用閉閉合電路路歐姆定定律求出出電池內(nèi)內(nèi)電阻r解析:選選C.A中只測(cè)量量?jī)山M數(shù)數(shù)據(jù)求出出E、r,偶然誤誤差較大大;B中計(jì)算E、r平均值雖雖然能減減小誤差差,但太太繁瑣;;D中分別求求I、U的平均值值是錯(cuò)誤誤的做法法.課堂互動(dòng)講練類型一儀器的選擇和電路的連接例1測(cè)量電源源的電動(dòng)動(dòng)勢(shì)及內(nèi)內(nèi)阻的實(shí)實(shí)驗(yàn)電路路如圖2-5-4甲所示..圖乙中中給出的的器材有有:待測(cè)測(cè)的電源源(電動(dòng)勢(shì)約約為4V,內(nèi)阻約約為2Ω),電壓表表(內(nèi)阻很大大,有5V,15V兩個(gè)量程程),電流表表(內(nèi)阻不計(jì)計(jì),有0.1A、1A兩個(gè)量程程),滑動(dòng)變變阻器(阻值范圍圍0~10ΩΩ),開關(guān),,另有導(dǎo)導(dǎo)線若干干.試按按照?qǐng)D甲甲中的電電路在圖圖乙中畫畫出連線線,將器器材連接接成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)電路(要求正確確選擇電電表量程程,以保保證儀器器的安全全并使測(cè)測(cè)量有盡盡可能高高的精確確度).圖2-5-4【思路點(diǎn)撥】估算法確定定電表的量量程,一是是估計(jì)電源源兩端能出出現(xiàn)的最大大電壓,來來確定電壓壓表的量程程,二是估估計(jì)電路中中能通過的的最小電流流,只要最最小電流不不超量程即即可,因?yàn)闉閷?shí)驗(yàn)中電電路上盡可可能使用最最小的電流流.圖2-5-5【答案】見精講精析析【規(guī)律總結(jié)】量程的選取取有兩個(gè)原原則,一是是儀表安全全,二是便便于讀數(shù)..兩個(gè)原則則必須兼顧顧.變式訓(xùn)練1在“測(cè)電源源電動(dòng)勢(shì)和和內(nèi)阻”的的實(shí)驗(yàn)中,,實(shí)驗(yàn)室提提供了下列列器材:電電壓表V1(0~3V),電壓表V2(0~15V);電流表A1(0~0.6A),電流表A2(0~3A),滑動(dòng)變阻阻器R1(0~10Ω,2A),滑動(dòng)變阻阻器R2(0~100ΩΩ,0.5A),阻值為1Ω的蓄電池,,為了使測(cè)測(cè)量出的電電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)內(nèi)阻都盡可可能準(zhǔn)確,,實(shí)驗(yàn)時(shí)電電壓表應(yīng)選選________,電流表應(yīng)應(yīng)選________,滑動(dòng)變阻阻器應(yīng)選________.畫出本實(shí)實(shí)驗(yàn)的電路路圖,并簡(jiǎn)簡(jiǎn)要說出你你的理由..解析:由待待測(cè)電源電電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)內(nèi)阻的大約約值,從讀讀數(shù)要求出出發(fā),不難難選出電壓壓表用V1,電流表應(yīng)應(yīng)用A1來測(cè)量.由由于滑動(dòng)變變阻器R2允許通過的的最大電流流為0.5A,從安全角角度考慮,,滑動(dòng)變阻阻器應(yīng)選用用R1.主要實(shí)驗(yàn)器器材選定后后,再考慮慮到中學(xué)實(shí)實(shí)驗(yàn)室中的的電流表的的內(nèi)阻RA均不能忽略略,且很難難達(dá)到RA?r,故由于電電流表的分分壓作用帶帶來的系統(tǒng)統(tǒng)誤差較大大,在無特特殊說明情情況下,一一般均采用用電流表內(nèi)內(nèi)接法.電路中為什什么要接入入定值小電電阻R0?為了說明明問題,先先假定電源源的電動(dòng)勢(shì)勢(shì)就是2V,內(nèi)阻就是是0.1ΩΩ,不考慮電電流表內(nèi)阻阻的分壓影影響.本處處通過列表表來說明接接入R0前后對(duì)測(cè)量量值準(zhǔn)確度度的影響..答案:V1A1R1電路圖如解解析圖所示示類型二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理用電流表和和電壓表測(cè)測(cè)定電池的的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r,所用的電電路如圖2-5-6所示,一位位同學(xué)測(cè)得得的6組數(shù)據(jù)如下下表中所示示.例2圖2-5-6組別I/AU/V10.121.3720.201.3230.311.2440.321.1850.501.1060.571.05(1)試根據(jù)這些些數(shù)據(jù)在圖圖2-5-7中作出U-I圖線.圖2-5-7(2)根據(jù)圖線得得出電池的的電動(dòng)勢(shì)E=________V,根據(jù)圖線線得出的電電池內(nèi)阻r=________ΩΩ.(3)若不作出圖圖線,只選選用其中兩兩組U和I的數(shù)據(jù),可可利用公式式E=U1+I(xiàn)1r1和E=U2+I(xiàn)2r2算出,這些些做可能得得出誤差很很大的結(jié)果果,選用第第________組和第________組數(shù)據(jù),求求得的E和r誤差最大..【思路點(diǎn)撥】描點(diǎn)作圖跟跟數(shù)學(xué)中的的作圖法相相同,由于于物理中使使用的數(shù)據(jù)據(jù)是實(shí)驗(yàn)測(cè)測(cè)量,存在在誤差,所所描的點(diǎn)并并不嚴(yán)格地地在一條直直線上,作作圖的原則則是該直線線盡可能過過更多的點(diǎn)點(diǎn),且點(diǎn)均均勻分布在在直線兩側(cè)側(cè).【精講精析】(1)描點(diǎn)作圖,,舍去第四四組數(shù)對(duì)應(yīng)應(yīng)的點(diǎn).圖圖線如圖2-5-8所示.圖2-5-8選用第3組和第4組數(shù)據(jù)求得得的E和r誤差最大..不需要利利用所給的的6組數(shù)據(jù)分別別進(jìn)行計(jì)算算,利用作作圖就可看看出這一點(diǎn)點(diǎn).選用這這兩組數(shù)據(jù)據(jù)求E和r,相當(dāng)于過過圖中3和4兩點(diǎn)作一直線線,利用此直直線求出E和r,而此直線與與所畫的直線線偏離最大,,實(shí)際上,第第4組數(shù)據(jù)不合理理,已經(jīng)排除除.【答案】(1)如圖2-5-8所示

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