2019-2020年高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第3节测量电源的电动势和内电阻教学案鲁科版选修3

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1、2019-2020年高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第3节测量电源的电动势和内电阻教学案鲁科版选修3一、实验目的1．用伏安法测电源的电动势和内电阻。2．学会用“代数法”和“图像法”分析处理实验数据。二、实验原理原理图如图431所示。图431改变滑动变阻器的阻值，测出两组I、U的数据，代入方程E＝U＋Ir，可得到方程组解此方程组可求得：电动势E＝，内阻r＝。三、实验器材待测电池一节、滑动变阻器、电流表(0～0.6A)、电压表(0～3V)、开关、导线、坐标纸、直尺。四、实验步骤1．确定电流表、电压表的量程，按图432所示把器材连接好。图4322．把滑动变阻器的滑片移到使阻值最

2、大的一端。3．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几组I和U的值，并填入预先设计的表格中。4．断开开关，整理好器材。五、数据处理1．代数法运用方程组求解E和r。利用所测U、I值多求几组E和r的值，最后算出它们的平均值。图4332．图像法以纵轴表示路端电压，横轴表示总电流，建立直角坐标系，将所测多组相应的U、I值进行描点，然后用平滑的曲线将各点连接起来。由U＝E－Ir知，UI图像是一条斜向下的直线，如图433所示。(1)直线与纵轴的交点表示电动势E。(2)直线与横轴的交点表示短路电流I0。(3)直线斜率的绝对值等于电源的

3、内阻r＝

4、k

5、＝。六、误差分析1．偶然误差(1)电压表和电流表的读数误差。(2)由于导线与电池接触不好造成电池内阻不稳定产生误差。(3)作UI图线时描点、连线不准确产生误差。图4342．系统误差公式U＝E－Ir中I是通过电源的电流，而本实验电路是存在系统误差的，这是由于电压表分流IV，使电流表示值I测小于电池的输出电流I真。因为I真＝I测＋IV，而IV＝，U越大，IV越大，U趋于零时，IV也趋于零。所以它们的关系可用图434表示，由图线可看出r和E的测量值都小于真实值。r测＜r真，E测＜E真。七、注意事项1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，宜选用旧电池和内阻较大的

6、电压表。2．电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A，因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完后应立即断电。3．电压表、电流表应选择合适的量程，使测量时偏转角大些，以减小读数时的相对误差。4．当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点可以不从零开始。5．画UI图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。[例1]　在“用电流表和电压表测定电池的电

7、动势和内电阻”的实验中。(1)备有如下器材A．干电池1节　　　　　B．滑动变阻器(0～20Ω)C．滑动变阻器(0～1kΩ)D．电压表(0～3V)E．电流表(0～0.6A)F．电流表(0～3A)G．开关、导线若干其中滑动变阻器应选________，电流表应选________。(只填器材前的序号)(2)为了最大限度的减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图。(3)某同学根据实验数据画出的UI图像如图435所示，由图像可得电池的电动势为____________V，内电阻为____________Ω。图435[解析]　(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好，在该实验

8、中因电源内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可，故滑动变阻器应选B。(也可以从便于调节的角度来分析，应该选择阻值较小的滑动变阻器。)电流表的量程要大于电源允许通过的电流，对于干电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5A，故需要选择0～0.6A量程的电流表，所以电流表应选E。(2)电路图如图所示。(3)由题中UI图像可知：纵截距为1.5V，故电池的电动势为1.5V；内电阻r＝＝Ω＝1Ω。[答案]　(1)B　E　(2)见解析图　(3)1.5　1[例2]　在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中，所用电流表和电压表的内阻分别为0.1Ω和1kΩ。图436为实验原理图及所需的器件

9、图。图436(1)试在图乙中画出连线，将器件按原理图连接成实验电路。(2)一位同学记录的6组数据见下表，试根据这些数据在如图437所示的坐标图中画出UI图像，根据图像读出电池的电动势E＝____________V，根据图像求出电池的内电阻r＝________Ω。实验序号123456I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05图437[解析]　(1)先将电源、开关、电流表、滑动变阻器按照一定顺序连接好，再将电压表并到滑