測量電源電動勢和內(nèi)阻教學(xué)教案

適用學(xué)科知識點(diǎn)授課目標(biāo)授課重點(diǎn)授課難點(diǎn)

歡迎閱讀測量電源的電動勢和內(nèi)阻高中物理適用年級高中二年級1．進(jìn)一步理解閉合電路歐姆定律，掌握用電壓表和電流表測量電源電動勢和內(nèi)阻的方法．2．掌握用圖象法求電動勢和內(nèi)阻的方法；理解并掌握路端電壓U與干路電流I的關(guān)系圖象(即U－I圖象)與縱、橫坐標(biāo)軸交點(diǎn)坐標(biāo)的意義以及圖象斜率的意義．1．掌握利用電壓表和電流表測量電池電動勢和內(nèi)電阻的方法；2．學(xué)會利用圖線辦理數(shù)據(jù)的方法。3．使學(xué)生理解和掌握運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段辦理物理問題的基本程序和技術(shù)，具備敢于思疑的習(xí)慣、謹(jǐn)慎求實(shí)的態(tài)度和不斷求索的精神，培養(yǎng)學(xué)生察看能力、思想能力和操作能力，提高學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的動機(jī)和興趣。測量電源的電動勢和內(nèi)阻的原理測量電源的電動勢和內(nèi)阻的誤差分析授課過程實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．進(jìn)一步理解閉合電路歐姆定律，掌握用電壓表和電流表測量電源電動勢和內(nèi)阻的方法．2．掌握用圖象法求電動勢和內(nèi)阻的方法；理解并掌握路端電壓U與干路電流I的關(guān)系圖象(即U－I圖象)與縱、橫坐標(biāo)軸交點(diǎn)坐標(biāo)的意義以及圖象斜率的意義．實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)的依照是閉合電路的歐姆定律，實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示．圖11．公式法：改變變阻器的阻值，從電流表、電壓表中讀出幾組U、I值，由U＝________可得1122IU－IUU－UE＝U＋I(xiàn)r，E＝U＋I(xiàn)r，解之E＝1221、r＝21E和I1－I2I1，多測幾組數(shù)據(jù)，分別求出幾組電動勢－I2的值，今后求出它們的平均值．2．圖象法：改變R的阻值，多測幾組U、I值．實(shí)驗(yàn)中最少測出6組U、I值，且變化范圍要大些，圖2今后在U－I坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖，所得直線與縱軸的交點(diǎn)即為____________，圖線______的絕對值即為內(nèi)阻r的值．如圖2所示．實(shí)驗(yàn)器材電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙．實(shí)驗(yàn)步驟1．連結(jié)電路電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，按圖1連結(jié)好電路．2．測量與記錄歡迎閱讀歡迎閱讀把滑動變阻器的滑片搬動到使接入電路的阻值最大的一端．閉合開關(guān)，調(diào)治滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1、U1)．用同樣方法測量幾組I、U值．3．?dāng)?shù)據(jù)辦理、整理器材斷開開關(guān)，拆掉電路整理好器材．取坐標(biāo)紙，以______為橫軸，____________為縱軸，描述出所記錄的各組I、U值的對應(yīng)點(diǎn)，連成U－I圖線．延伸U－I圖線，它與坐標(biāo)軸有兩個交點(diǎn)，讀取E，進(jìn)一步能夠算出r＝__________，如圖2所示．注意事項(xiàng)1．本實(shí)驗(yàn)采用伏安法正確的實(shí)驗(yàn)電路為電流表內(nèi)接法(如圖1所示)，不要接成電流表外接法(如圖3所示)．圖32．合理選擇電壓表、電流表量程．測一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻時，電壓表選3V量程，電流表選0.6A量程，滑動變阻器選0～10Ω.3．應(yīng)使用內(nèi)阻大些(用過一段時間)的干電池；在實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大；每次讀完I和U的數(shù)據(jù)后應(yīng)立刻斷開電源，免得干電池在大電流放電時E和r明顯變化．4．在作U－I圖線時，要使很多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)付稱散布在直線的兩側(cè)，不要顧及個別偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)，以減小有時誤差．5．干電池內(nèi)阻較小時，U的變化較慢，此時，坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)將表現(xiàn)如圖4甲所示的狀況，為此，可使縱坐標(biāo)不從零開始，如圖乙所示，把坐標(biāo)的比率放大，可使結(jié)果的誤差減小些．此時圖線與橫軸交點(diǎn)不表示短路電流．其他，計算內(nèi)阻要在直線上任取兩個相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，用r＝|U|I算出電池的內(nèi)阻r.圖4誤差分析由于實(shí)驗(yàn)電路及電壓表、電流表內(nèi)阻的影響，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果E測<E真，r測<r真．例題精析題型一利用電流表和電壓表測電源的電動勢和內(nèi)阻【例1】某同學(xué)將銅片和鋅片插入水果中制成一個“水果電池”，該同學(xué)利用以下所給器材測量該“水果電池”的電動勢E和內(nèi)阻r.A．電流表A1(量程0.6A，內(nèi)阻約1Ω)B．電流表A2(量程20mA，內(nèi)阻約50Ω)C．電壓表V1(量程4V，內(nèi)阻約4kΩ)D．電壓表V2(量程15V，內(nèi)阻15kΩ)E．滑動變阻器R1(0～1000Ω)F．滑動變阻器R2(0～Ω)G．待測“水果電池”(電動勢E約為4V，內(nèi)阻r約為200Ω)H．開關(guān)S，導(dǎo)線若干為盡量減小實(shí)驗(yàn)的誤差，實(shí)驗(yàn)中電流表選擇________；電壓表選擇________；滑動變阻器選________．請?jiān)谔摼€方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖；歡迎閱讀歡迎閱讀該同學(xué)實(shí)驗(yàn)中記錄的6組對應(yīng)的數(shù)據(jù)以下表，試依照表中數(shù)據(jù)在圖5中描點(diǎn)畫出U－I圖線；由圖線可得，“水果電池”的電動勢E＝________V，內(nèi)電阻r＝________Ω.圖5I/mAU/V(3)實(shí)驗(yàn)測得的“水果電池”的電動勢和內(nèi)阻與真切值比較，E測________E，r測________r真真(選填“大于”、“小于”或“等于”)．題型二安阻法(利用電流表、電阻箱)測電源的電動勢和內(nèi)電阻圖6實(shí)驗(yàn)器材：一節(jié)干電池、電流表、電阻箱、電鍵．依照的基本公式：________________________實(shí)驗(yàn)原理圖：如圖6所示11用圖象法辦理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，若作出R－I圖象(或I－R圖象)，圖象在R軸上的截距即為電源內(nèi)，圖線的斜率即為電動勢E.【例題2】某同學(xué)經(jīng)過查找資料自己著手制作了一個電池．該同學(xué)想測量一下這個電池的電動勢E和內(nèi)電阻r，可是從實(shí)驗(yàn)室只借到一個開關(guān)、一個電阻箱(最大阻值為999.9Ω，可當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電阻用)、一只電流表(量程Ig＝0.6A，內(nèi)阻rg＝0.1Ω)和若干導(dǎo)線．請依照測定電動勢E和內(nèi)電阻r的要求，設(shè)計圖7中器件的連結(jié)方式，畫線把它們連結(jié)起來．圖7圖8接通開關(guān)，逐次改變電阻箱的阻值R，讀出與R對應(yīng)的電流表的示數(shù)I，并作記錄．當(dāng)電阻箱的阻值R＝2.6Ω時，其對應(yīng)的電流表的示數(shù)如圖8所示．辦理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時，第一計算出每個電流值

I

1的倒數(shù)I；再制作

1R－I坐標(biāo)圖，如圖

9所示，圖中已注明出了

1(R，I)的幾個與測量對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請你將與圖8實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)也注明在圖9上．圖9在圖9上把描述出的坐標(biāo)點(diǎn)連成圖線．(4)依照圖9描述出的圖線可得出這個電池的電動勢E＝________V，內(nèi)電阻r＝________Ω.題型三伏阻法(利用電壓表、電阻箱)測電源電動勢和內(nèi)電阻實(shí)驗(yàn)器材：圖10一節(jié)干電池、電壓表、電阻箱、電鍵．11r1依照的基本公式：E＝U＋Rr或U＝E＋E·R歡迎閱讀歡迎閱讀實(shí)驗(yàn)原理圖：如圖10所示用圖象法辦理數(shù)據(jù)，若作出1－1圖象，圖象在1軸上的截距為電動勢的倒數(shù)1/E，斜率為r/E，URU由斜率和截距可求得電動勢和內(nèi)電阻．圖11【例題3】甲同學(xué)設(shè)計了如圖11所示的電路測電源電動勢1和R2的阻值．實(shí)驗(yàn)器E及電阻R材有：待測電源E(不計內(nèi)阻)，待測電阻R1，待測電阻R2，電壓表V(量程為1.5V，內(nèi)阻很大)，電阻箱R(0～99.99Ω)，單刀單擲開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2，導(dǎo)線若干．(1)先測電阻R1的阻值．請將甲同學(xué)的操作補(bǔ)充圓滿：閉合S1，將S2切換到a，調(diào)治電阻箱，讀出其示數(shù)r和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U1，保持電阻箱示數(shù)不變，____________________，讀出電壓表的示數(shù)U2.則電阻R1的表達(dá)式為R1＝________.圖12甲同學(xué)已經(jīng)測得電阻R1＝4.8Ω，連續(xù)測電源電動勢E和電阻R2的阻值．該同學(xué)的做法是：閉合

S1，將S2切換到a，多次調(diào)治電阻箱，讀出多組電阻箱示數(shù)R和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U，由測得的數(shù)據(jù)，繪出了如圖

1112所示的U－R圖線，則電源電動勢

E＝______V，電阻

R2＝______

Ω.題型四

實(shí)驗(yàn)的設(shè)計和創(chuàng)新【例題4】使用多用電表測量電阻時，多用電表內(nèi)部的電路能夠等效為一個直流電源(一般為電池)、一個電阻和一表頭相串通，兩個表筆分別位于此串通電路的兩頭．現(xiàn)需要測量多用電表內(nèi)電池的電動勢，給定的器材有：待測多用電表，量程為60mA的電流表，電阻箱，導(dǎo)線若干．實(shí)驗(yàn)時，將多用電表調(diào)至×1Ω擋，調(diào)好零點(diǎn)；電阻箱置于合適數(shù)值．達(dá)成以下填空：儀器連線如圖13所示(a和b是多用電表的兩個表筆)．若兩電表均正常工作，則表筆a為________(填“紅”或“黑”)色；圖13(2)若合適調(diào)治電阻箱后，圖13中多用電表、電流表與電阻箱的示數(shù)分別如圖14(a)、(b)、所示，則多用電表的讀數(shù)為________Ω，電流表的讀數(shù)為________mA，電阻箱的讀數(shù)為________Ω；(a)(b)(c)圖14(3)將圖13中多用電表的兩表筆短接，此時流過多用電表的電流為________mA；(保存3位有效數(shù)字)(4)計算獲取多用電表內(nèi)電池的電動勢為________V．(保存3位有效數(shù)字)講堂運(yùn)用1．如圖15所示為某次測量電源的電動勢和內(nèi)阻所作的圖象，相關(guān)這個圖象的說法正確的選項(xiàng)是()圖15A．縱軸截距表示待測電源的電動勢，即E＝3VB．橫軸截距表示短路電流，即I短＝0.6AC．依照r＝E/I短，計算出待測電源內(nèi)阻為5Ω歡迎閱讀歡迎閱讀D．依照r＝U/I，計算出待測電源內(nèi)阻為1Ω2．某同學(xué)利用電壓表和電阻箱測定干電池的電動勢和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻(R0＝5Ω)一個，開關(guān)兩個，導(dǎo)線若干，實(shí)驗(yàn)原理圖如圖16(a)所示．在圖(b)的實(shí)物圖中，已正確連結(jié)了部分電路，請達(dá)成余下電路的連結(jié)．請達(dá)成以下主要實(shí)驗(yàn)步驟：①檢查并調(diào)治電壓表指針指零；調(diào)治電阻箱，示數(shù)如圖(c)所示．讀得電阻值是________；②將開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2斷開，電壓表的示數(shù)是1.49V.③將開關(guān)S2________，電壓表的示數(shù)是1.16V；斷開開關(guān)S1.使用測得的數(shù)據(jù)，計算出干電池的內(nèi)阻是________(計算結(jié)果保存二位有效數(shù)字)．由于所用電壓表不是理想電壓表，因此測得的電動勢比實(shí)質(zhì)值偏________(填“大”或“小”)．圖163．現(xiàn)有一特別電池，它的電動勢E約為9V，內(nèi)阻r約為40Ω，已知該電池同意輸出的最大電流為50mA.為了測量這個電池的電動勢和內(nèi)阻，某同學(xué)利用如圖17甲所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖中電流表的內(nèi)阻RA已經(jīng)測出，阻值為5Ω，R為電阻箱，阻值范圍0～999.9Ω，R0為定值電阻，對電路起保護(hù)作用．實(shí)驗(yàn)室備有的定值電阻R0共有以下幾種規(guī)格．A．10ΩB．50ΩC．150ΩD．500Ω本實(shí)驗(yàn)采用哪一種規(guī)格的定值電阻最好________．該同學(xué)接入吻合要求的R0后，閉合開關(guān)K，調(diào)整電阻箱的阻值，讀取電流表的示數(shù)，記錄多組數(shù)據(jù)，作出了圖乙所示的圖線，則依照該同學(xué)作出的圖線可求得該電池的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω.甲乙圖174．在測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，由于所用電壓表(視為理想電壓表)的量程較小，某同學(xué)設(shè)計了如圖18所示的實(shí)物電路．圖18實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到________．(選填“最大值”、“最小值”或“隨意值”)改變電阻箱的阻值R，分別測出阻值R0＝10Ω的定值電阻兩頭的電壓U.以下兩組R的取值方案中，比較合理的方案是________．(選填“1”或“2”)方案編號電阻箱的阻值R/Ω1211依照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)，繪出的U－R圖象是一條直線．若直線的斜率為k，在U坐標(biāo)軸縱軸上的截距為b，則該電源的電動勢E＝________，內(nèi)阻r＝________.(用k、b和R0表示)答案答案1．E－Ir2.電動勢值斜率1答案(1)A2V1R1實(shí)驗(yàn)電路圖看法析(2)U－I圖線看法析3.80190(3)小于小于分析(1)實(shí)驗(yàn)電路圖以以以下列圖所示歡迎閱讀歡迎閱讀(2)以以以下列圖所示，直線與縱軸的截距即為電動勢，因此

E＝3.80V

，直線斜率的絕對值即為電源的電阻，因此

r＝|

UI|

＝190

Ω.由于電流表A2的示數(shù)是支路電流，而電壓表的示數(shù)等于實(shí)質(zhì)的路端電壓，進(jìn)而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，致使的結(jié)果是：E測小于E真，r測小于r真．題型二安阻法(利用電流表、電阻箱)測電源的電動勢和內(nèi)電阻答案(1)以以以下列圖所示、(3)以以以下列圖所示～1.54)0.3(0.25～0.35)分析

第一應(yīng)理解此題的實(shí)驗(yàn)原理，由閉合電路歐姆定律可知：

E得R＝I－(r

＋rg)．可知在

1R－I圖象中，圖線的斜率就是

E，縱軸截距為－

(r

＋rg)．把它們直接串通即可．1當(dāng)R＝2.6Ω時，由圖可知，I＝0.5A，I＝2A－1，點(diǎn)(2,2.6)見答圖．(3)見答圖，可見是一條傾斜的直線．注意連線時：a.不能夠連成折線，b.為減小有時誤差，個別偏離太遠(yuǎn)的點(diǎn)舍去．由閉合電路的歐姆定律得E＝I(R＋r＋rg)E則R＝I－(r＋rg)，故圖線的斜率k表示電池電動勢E的大小，縱軸截距的絕對值表示內(nèi)阻(r＋rg)．6.0－0由答圖可知：E＝k＝－V≈1.52V(1.46～1.54V范圍內(nèi)均正確)，r≈0.3Ω～0.35Ω均正確)．題型三伏阻法(利用電壓表、電阻箱)測電源電動勢和內(nèi)電阻2U－U1021(2)1.43(或7答案(1)將S切換到bU1r1分析(1)將S切換到a時，電壓表示數(shù)為U，電阻箱電阻為r，則電路中電流I＝r；將S211U2切換到b時，電壓表示數(shù)為U2，則電路中電流為I2＝U2，由于I1＝I2，解得R1＝U2－U1r.r＋RU11U由閉合電路歐姆定律得：E＝U＋R(R1＋R2)歡迎閱讀歡迎閱讀R1＋R211整理得：U＝E·R＋E1由題圖可得E＝0.7，則E＝1.43V11將U＝2.8，R＝0.5代入得：R2＝Ω.題型四實(shí)驗(yàn)的設(shè)計和創(chuàng)新答案(1)黑53.04.6(3)102分析(1)由多用電表電流“紅表筆進(jìn)，黑表筆出”，電流表“＋”接線柱電流流進(jìn)，“－”接線柱電流流出知，a表筆為黑色表筆．依照題圖讀數(shù)，多用電表讀數(shù)為14.0Ω，電流表讀數(shù)為53.0mA，電阻箱讀數(shù)為4×1Ω＋6×0.1Ω＝4.6Ω.從多用電表表盤來看，指針指在電流表“130”處時實(shí)質(zhì)電流為53mA，故指針指到最右端250“250”處時，實(shí)質(zhì)電流為53×130mA≈102mA.E(4)由E－IR＝Ir知，E－14×0.053＝0.053×r，又r＝0.102，得E≈1.54V.講堂運(yùn)用1答案．AD2．答案．(1)以以以下列圖所示(2)①20Ω③閉合(3)0.69Ω(4)小分析(1)見答案(2)由圖(c