高中物理人教版1第二章恒定電流第10節(jié)實驗測定電池的電動勢和內阻 公開課

高二物理高二高二物理授課內容：測電源電動勢和內電阻組卷人:史建華審核人：曹麗娟一、實驗目的1．掌握用電壓表和電流表測定電源的電動勢和內阻的方法；進一步理解閉合電路的歐姆定律．2．掌握用圖象法求電動勢和內阻的方法．二、實驗原理1．實驗依據：閉合電路歐姆定律．2．實驗電路：如圖所示．（電流表內接法或外接法）3．E和r的求解：由U＝E－Ir得：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U1＝E－I1r,U2＝E－I2r))，解得：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝\f(I1U2－I2U1,I1－I2),r＝\f(U2－U1,I1－I2)))4．作圖法數據處理，如圖所示：(1)圖線與縱軸交點為E.(2)圖線與橫軸交點為I短＝eq\f(E,r).(3)圖線的斜率表示r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.三、實驗器材電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關、導線、坐標紙、鉛筆．四、實驗步驟1．電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，按圖連接好電路．2．把變阻器的滑片移動到使阻值最大的一端．3．閉合電鍵，調節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數．記錄一組電流表和電壓表的示數，用同樣方法測量并記錄幾組I、U值，并填入表格中．4．斷開開關，拆除電路，整理好器材．五、數據處理本實驗中數據的處理方法，一是聯(lián)立方程求解的公式法，二是描點畫圖法.

第1組第2組第3組第4組第5組第6組U/VI/A法一：取六組對應的U、I數據，數據滿足的關系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r…讓第1式和第4式聯(lián)立方程，第2式和第5式聯(lián)立方程，第3式和第6式聯(lián)立方程，這樣解得三組E、r，取其平均值作為電池的電動勢E和內阻r的大?。ǘ阂月范穗妷篣為縱軸、干路電流I為橫軸建立U-I坐標系，在坐標平面內描出各組(U，I)值所對應的點，然后盡量多地通過這些點作一條直線，不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側，則直線與縱軸交點的縱坐標即是電池電動勢的大小(一次函數的縱軸截距)，直線的斜率大小即為電池的內阻，即r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.六、誤差分析1．由讀數誤差和電表線性不良引起誤差．2．用圖象法求E和r時，由于作圖不準確造成的誤差．3．本實驗若采用電流表內接法：存在系統(tǒng)誤差，這是由于電壓表的分流IV引起的，使電流表的示數I測小于電池的輸出電流I真．因為I真＝I測＋IV，而IV＝U/RV，U越大，IV越大，U趨近于零時，IV也趨近于零．所以此種情況下圖線與橫軸的交點為真實的短路電流，而圖線與縱軸的交點為電動勢的測量值，比真實值偏小．修正后的圖線如圖所示，顯然，E、r的測量值都比真實值偏小，r測<r真、E測<E真．4．若采用電流表外接法電路，電流是準確的，當I很小時，電壓表的分流很小，但隨電壓的增大，電流I增大，電流表的分壓作用也逐漸增大．此種情況如圖，所以E測＝E真、r測>r真四、注意事項1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內阻應選的大些(選用已使用過一段時間的干電池)．2．在實驗中不要將I調得過大，每次讀完U、I讀數立即斷電，以免干電池在大電流放電時極化現(xiàn)象過重，使得E、r明顯變化（E減小、r增大）．3．測出不少于6組I、U數據，且變化范圍要大些，用方程組求解時，類似于逐差法，要將測出的I、U數據中，第1和第4組為一組，第2和第5組為一組，第3和第6組為一組，分別解出E、r值再求平均值．4．在畫U－I圖線時，要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側，而不要顧及個別離開直線較遠的點，以減小偶然誤差．5．干電池內阻較小時，U的變化較小，此時，坐標圖中數據點將呈現(xiàn)如圖甲所示的狀況，使下部大面積空間得不到利用，為此，可使縱坐標不從零開始而是根據測得的數據從某一恰當值開始(橫坐標I必須從零開始)，如圖乙所示，并且把坐標的比例放大，可使結果的誤差減?。藭r圖線與橫軸交點不表示短路電流，而圖線與縱軸的截距仍為電動勢，要在直線上任取兩個相距較遠的點，用r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|計算出電池的內阻r.五、實驗創(chuàng)新1．安—阻法用一個電流表和電阻箱測量，電路如圖，測量原理為：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，此種方法使測得的電動勢無偏差，但內阻偏大．2．伏—阻法用一個電壓表和電阻箱測量，電路如圖，測量原理為：E＝U1＋eq\f(U1,R1)r，E＝U2＋eq\f(U2,R2)r，由此可求出r和E，此種方法測得的電動勢和內阻均偏?。?、典型題分析題型一：器材選擇和數據處理【例1】用如圖所示電路測一節(jié)干電池的電動勢E和內電阻r，所給的器材有：A．電壓表V：0～3V和0～15V兩個量程；B．電流表A：0～0.6A和0～3AC．滑動變阻器R1(最大電阻為20Ω)；D．滑動變阻器R2(最大電阻為100Ω)E．開關S和導線若干(1)電流表應選用________量程；電壓表應選用________量程；滑動變阻器應選________(選填“R1”或“R2”)(2)如圖所示U－I圖上是根據實驗測得的7組數據標出的點．請你畫出圖線，并由圖線求出E＝________V，r＝________Ω.【解析】(1)因為電源的電動勢接近V，則電壓表應該選擇0～3V量程，電池的內阻一般為幾歐，則電流表應該選擇0～0.6A量程；同時為了方便調節(jié)，滑動變阻器應該選擇阻值較小的，故選R1.(2)將實驗過程中描出的點用直線連接起來，連接時要使盡量多的點在直線上，不在直線上的點盡量分布在直線的兩側．由得到的直線可知，電源電動勢為V，在直線上取一點，代入E＝U＋Ir，可以求出電源的內阻為Ω.【答案】(1)0～0.6A0～3VR1；(2)圖線如圖所示題型二：實驗創(chuàng)新【例2】(2023年高考江蘇卷)在測量電源的電動勢和內阻的實驗中，由于所用電壓表(視為理想電壓表)的量程較小，某同學設計了如圖所示的實物電路．(1)實驗時，應先將電阻箱的電阻調到________．(選填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改變電阻箱的阻值R，分別測出阻值R0＝10Ω的定值電阻兩端的電壓U.下列兩組R的取值方案中，比較合理的方案是________．(填選“1”或“2”)方案編號電阻箱的阻值R/Ω12(3)根據實驗數據描點，繪出的eq\f(1,U)－R圖象是一條直線．若直線的斜率為k，在eq\f(1,U)坐標軸上的截距為b，則該電源的電動勢E＝________，內阻r＝________.(用k、b和R0表示)【解析】(1)電阻箱接入回路中的電阻越大，回路電流就越小，起保護電源、防止燒壞電壓表的作用．(2)方案1中電阻箱接入電路的電阻太大，電壓表示數太小，誤差太大．因此采用方案2.(3)由閉合電路歐姆定律可知eq\f(E,R0＋R＋r)＝eq\f(U,R0)，eq