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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第2章 第10節(jié) 實驗測定電池的電動勢和內阻（教案） 【知識與技能】 1、掌握測量電源電動勢和內阻的實驗原理、會設計實驗方案. 2、科學的操作實驗，會根據(jù)實驗要求設計表格，正確記 錄數(shù)據(jù)，圖像法處理數(shù)據(jù). 【過程與方法】 1、 分組設計實驗，學生動手連接實物圖，操作實驗，設計表格 2、圖像法處理數(shù)據(jù)． 【情感態(tài)度與價值觀】 1、培養(yǎng)仔細觀察、真實記錄實驗數(shù)據(jù)等良好的實驗習慣和實事求是的品質. 2、激發(fā)學習興趣，培養(yǎng)學生科學探究精神和敢于實踐的勇氣. 【教學過程】 一、實驗原理 根據(jù)閉合電路歐姆定律可以有下面三種方案求出電池的電動勢和內阻． 方案1.伏安法測電動勢E和內電阻r (1)如圖甲所示，改變滑動變阻器的阻值，從電流表、電壓表中讀出幾組I和U的值，由U＝E－Ir可得： E＝，r＝. 方案2.用電流表、電阻箱測電動勢E和內電阻r 由閉合電路的歐姆定律得：E＝I(R＋r) 用電流表測干路中的電流，通過改變電路中的電阻，測出兩組R、I數(shù)據(jù)，就可以列出兩個關于E、r的方程：E＝I1(R1＋r)　E＝I2(R2＋r) 聯(lián)立就可以解出結果，實驗電路如圖所示． 方案3.用電壓表、電阻箱測電動勢E和內電阻r 由閉合電路的歐姆定律得：E＝U＋ 用電壓表測得路端電壓，通過改變電路中的電阻，測出兩組U、R數(shù)據(jù)，就可以列出兩個關于E、r的方程： E＝U1＋　E＝U2＋ 聯(lián)立就可以解出結果，實驗電路如圖所示． 二、實驗器材 在不同的方案中需要的實驗器材略有不同，分別如下： 方案1：待測電池一節(jié)，電流表、電壓表各一個，滑動變阻器一個，開關一個，導線若干． 方案2：待測電池一節(jié)，電流表一個，電阻箱一個，開關一個，導線若干． 方案3：待測電池一節(jié)，電壓表一個，電阻箱一個，開關一個，導線若干． 三、實驗步驟 1．電流表用0.6 A量程，電壓表用3 V量程按圖連接好電路． 2．把滑動變阻器滑片移到使電阻最大的一端． 3．閉合開關，調節(jié)變阻器，使電流表有明顯的示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(I，U)，填入下面的表格，用同樣的方法測量幾組I，U值，填入表格 3．閉合開關，調節(jié)變阻器，使電流表有明顯的示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(I，U)，填入下面的表格，用同樣的方法測量幾組I，U值，填入表格 4.斷開開關，整理好器材． 四、數(shù)據(jù)處理 1．公式法：把測量的幾組數(shù)據(jù)分別代入E＝U＋Ir中，然后兩個方程為一組，解方程求出幾組E、r的值，最后對E、r分別求平均值作為測量結果． 2．圖象法 (1)以I為橫坐標，U為縱坐標建立直角坐標系，根據(jù)幾組I、U的測量數(shù)據(jù)在坐標系中描點； (2)用直尺畫一條直線，使盡量多的點落在這條直線上，不在直線上的點，能大致均衡地分布在直線兩側； (3)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＝. ③圖線的斜率表示r＝. 五、誤差分析 1．偶然誤差 主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作UI圖象時描點不準確． 2．系統(tǒng)誤差 (1)電流表相對于待測電阻(電源內阻)外接(如圖1所示) ①產生原因：由于電壓表分流IV，使電流表示數(shù)I小于電池的輸出電流I真．I真＝I＋IV，而IV＝，U越大，IV越大． ②測量值與真實值的大小比較：測量值和真實值的關系可用圖2表示．實測的圖線為AB，經過IV修正后的圖線為A′B，可看出AB的斜率絕對值和在縱軸上的截距都小于A′B，即實測的E和r都小于真實值． (2)電流表相對于待測電阻(電源內阻)內接(如圖3所示) ①產生原因：由于電流表的分壓作用，使得電壓表的讀數(shù)比電源的路端電壓小，電流表測得的電流等于流過電源的電流，所以在流過電流相同的情況下，U測＜U真 ②測量值和真實值的大小比較：依照分析可繪制出圖4圖線，可以從圖線的意義得E測＝E真，r測＞r真． 綜合上述，任一種電路都存在系統(tǒng)誤差，若電源內阻較小時，不能采用圖3中的測量電路，盡管電動勢的測量值準確，但內阻的測量誤差很大，因此要選用圖1中的測量電路． 六、注意事項 1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內阻宜大些，宜選用舊電池和內阻較大的電壓表． 2．電池在大電流放電時極化現(xiàn)象較嚴重，電動勢E會明顯下降，內阻r會明顯增大，故長時間放電電流不宜超過0.3 A，短時間放電電流不宜超過0.5 A．因此實驗中不宜將I調得過大，讀電表的示數(shù)要快，每次讀完后應立即斷電． 3．當干電池的路端電壓變化不很明顯時，作圖象時，縱軸單位可取的小一些，且縱軸起點可不從零開始． 如圖所示，此時圖線與縱軸交點仍為電池的電動勢E，但圖線與橫軸交點不再是短路電流，求內阻時要在直線上取相隔較遠的兩點，用r＝求出． 4．為了提高測量的精確度，在實驗中I、U的變化范圍要大一些，計算E、r時，U1和U2、I1和I2的差值要大一些． 5．用伏安法測電動勢E和內電阻r時，可以設計成兩種電路． 如圖所示，在實驗中我們選擇甲圖的原因有：依據(jù)閉合電路的歐姆定律E＝U＋Ir，在實驗中需要測路端電壓U和電源中的電流I，可以看出，甲圖中由于電壓表的分流作用，使電流表測得的不是真實的電源中的電流；乙圖中由于電流表的分壓作用，電壓表測得的不是真實的路端電壓．這兩個電路都存在系統(tǒng)誤差，由于電流表的電阻和電源的內阻差不多大，則乙圖測量的電源內阻阻值和真實值相差太大．故電流表的分壓作用不能忽略，所以選用甲圖電路較好． 6．儀器的選擇 (1)電流表量程的選擇：量程要大于電源允許通過的最大電流，對于電池來講允許通過的最大電流是0.5 A故需要選0～0.6 A． (2)電壓表量程的選擇：量程要大于電源電動勢，對一節(jié)干電池來講，電壓表量程在大于1.5 V的前提下越小越好． (3)滑動變阻器的選擇：滑動變阻器的最大電阻為待測電阻的幾倍時較好，在該實驗中因電源內阻比較小，故滑動變阻器選擇較小一點的即可． 【典型例題】某同學做“測定電動勢約2V內阻約幾Ω的電池的電動勢和內阻”實驗。 （1）他采用如左圖所示的實驗電路進行測量?，F(xiàn)有下列器材供選用： A. 電壓表（0～15 V，內阻約20 kΩ） B. 電壓表（0～3 V，內阻約10kΩ） C. 電流表（0～0.6 A，內阻約0.4 Ω） D. 電流表（0～3 A，內阻約1 Ω） E. 滑動變阻器（500 Ω，1 A） F. 滑動變阻器（20 Ω，2 A） 實驗中所用電壓表應選 ，電流表應選用 ，滑動變阻器應選用 ． （2）右圖中給出了做實驗所需要的各種儀器。請你按電路圖把它們連成實驗電路。（在答題卷先用鉛筆連線，確定準確無誤后，再用簽字筆連線） （3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出U-I圖象，如圖所示，蓄電池的電動勢E= V，內電阻r= Ω。（結果保留2位有效數(shù)字） 1.5 0.50 2.5 0 0.10 0.40 I/A 1. 0 2.0 0.20 0.30 0.50 U/V （4）這位同學對以上實驗進行了誤差分析。其中正確的是 。 A. 實驗產生的系統(tǒng)誤差，主要是由于電流表的分壓作用 B. 實驗產生的系統(tǒng)誤差，主要是由于電壓表的分流作用 C. 實驗測出的內阻大于真實值 D. 實驗測出的電動勢小于真實值 【答案】（1）B；C；F（2）如圖所示；（3）2.0，3.7或3.8；（4）BD；