2019-2020年高中物理 4.2《測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻》學(xué)案 滬科版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 4.2《測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻》學(xué)案 滬科版選修3-1 【預(yù)習(xí)學(xué)案】 1．現(xiàn)在有一個(gè)干電池，要想測(cè)出其電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，你需要什么儀器，采用什么樣的電路圖，原理是什么？ 2．根據(jù)閉合電路的歐姆定律，路端電壓U=E-Ir.若測(cè)出兩組（I、U）的值，寫出電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的表達(dá)式。 3.圖像法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是什么？如何應(yīng)用I、U圖線求電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻？ 【新課學(xué)案】 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 【實(shí)驗(yàn)原理】 由閉合電路的歐姆定律E =U+Ir知，路端電壓U=E—Ir，對(duì)給定的電源，E、r為常量，因此路端電壓U是電流I的一次函數(shù)。將電池、電流表、電壓表，可變電阻連接成如圖7-1所示的電路，改變可變電阻R的阻值，可以測(cè)得多組I、U值。將它們描在U—I坐標(biāo)中，圖線應(yīng)該是一條直線。顯然，直線在U坐標(biāo)上的截距值就是電池電動(dòng)勢(shì)，直線斜率的絕對(duì)值就是電池的內(nèi)阻的大小。 上述用作圖的方法得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方法，具有直觀、簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。 【步驟規(guī)范】 實(shí) 驗(yàn) 步 驟 操 作 規(guī) 范 一.連接實(shí)驗(yàn)電路 1．將電流表、電壓表機(jī)械調(diào)零 2．布列實(shí)驗(yàn)器材，接圖連接實(shí)驗(yàn)電路 A V R S E r 1．若表針不在零位，用螺絲刀旋動(dòng)機(jī)械調(diào)零螺釘，使其正對(duì) 2．⑴實(shí)驗(yàn)器材應(yīng)放置在合適的位置，應(yīng)使電鍵、滑動(dòng)變阻器便于操作；電表刻度盤應(yīng)正對(duì)實(shí)驗(yàn)者 ⑵電鍵接入電路前，處于斷開位置；閉合電鍵前，滑動(dòng)變阻器阻值置于最大；導(dǎo)線連接無“丁”字形接線 ⑶電流表量程0.6A，電壓表量程3V 二．讀取I、U數(shù)據(jù) 1．調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，閉合電鍵，讀取一組電流表和電壓表的讀數(shù) 2．改變滑動(dòng)變阻器的阻值，閉合電鍵，讀取電流表和電壓表讀數(shù)，共測(cè)8-10組 1．⑴滑動(dòng)變阻器的阻值由大到小變化，使電路中電流從小到大平穩(wěn)地改變，適時(shí)地讀取I、U讀數(shù) ⑵電流表和電壓表讀數(shù)正確，有估讀 ⑶必要時(shí)要及時(shí)改變電表量程 2．每次實(shí)驗(yàn)后，都要及時(shí)斷開電源 三．拆除電路，儀器復(fù)原 【注意事項(xiàng)】 1．使用內(nèi)阻大些（用過一段時(shí)間）的干電池，在實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大，每次讀完U、I讀數(shù)立即斷電，以免于電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象過重，E、r明顯變化． 2．在畫U－I圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，而不要顧及個(gè)別離開較遠(yuǎn)的點(diǎn)以減少偶然誤差． 3．干電池內(nèi)阻較小時(shí)U的變化較小，坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)將呈現(xiàn)如圖3甲所示的狀況，下部大面積空間得不到利用，為此可使坐標(biāo)不從零開始，如圖3乙所示，把坐標(biāo)的比例放大，可使結(jié)果的誤差減小些．此時(shí)圖線與橫軸交點(diǎn)不表示短路電流．計(jì)算內(nèi)阻要在直線上任取兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，用 r=|ΔU/ΔI|計(jì)算出電池的內(nèi)阻r． 4．實(shí)驗(yàn)誤差的來源與分析 （1）每次讀完電表示數(shù)沒有立即斷電，造成E、r變化； （2）測(cè)量電路存在系統(tǒng)誤差，I真＝I測(cè)十Iv，未考慮電壓表分流． 【典型例題】 【例1】測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的器材如圖A所示，請(qǐng)用實(shí)線表示導(dǎo)線，將圖A中器材連成實(shí)驗(yàn)用電路。實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)測(cè)量得出的數(shù)據(jù)如下表，請(qǐng)?jiān)谙聢DB的方格紙上畫出U—I圖線。利用圖線可求出電源電動(dòng)勢(shì)E＝ ，內(nèi)電阻r＝ 。 1 2 3 4 5 6 I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 － 0.6A 3A － 3V 15V 答案：.E=1.44~1.46V r＝0.68~0.72Ω 圖略 【例2】利用伏安法測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，現(xiàn)有的器材為： V 干電池：電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V，符號(hào) A 電壓表：量程1 V，內(nèi)阻998.3 Ω，符號(hào) 電流表：量程1 A，符號(hào) 滑動(dòng)變阻器：最大阻值10Ω，符號(hào) 電阻箱：最大阻值99999.9 Ω，符號(hào) 單刀單擲開關(guān)1個(gè)，符號(hào) 導(dǎo)線若干 ①設(shè)計(jì)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的電路并將它畫在指定的方框內(nèi)，要求在圖中標(biāo)出電壓表、電流表的接線柱的正負(fù)。 V A E r S ②為了滿足本實(shí)驗(yàn)要求并保證實(shí)驗(yàn)的精確度，電壓表量程應(yīng)擴(kuò)大為原量程的 倍，電阻箱的阻值應(yīng)為 Ω。 答案：① ② 2； 998.3 【例3】用電流表和電壓表測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。 （1）在下面方框中完成所需電路。 （2）右圖所示是根據(jù)兩個(gè)電源的測(cè)量數(shù)據(jù)繪制的圖線。由圖可知：圖線與電壓U軸的交點(diǎn)表示 ；電源Ⅰ的內(nèi)電阻 電源Ⅱ的內(nèi)電阻（填“大于、小于或等于”）。 （3）圖中兩直線 Ⅰ、Ⅱ的交點(diǎn)表示兩個(gè)電路中 相等。 O I/A U/V Ⅰ Ⅱ A V 答案：（1）（2分）見圖 （2）電源的電動(dòng)勢(shì)；小于（2分） （3）外電壓、電路中電流強(qiáng)度、外電路消耗的電功率和外電路電阻（只要寫出2個(gè)） 【練習(xí)學(xué)案】 1.用電流表和電壓表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，所用的電路如左下圖所示，一位同學(xué)測(cè)得的五組數(shù)據(jù)如表中所示. I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 （1）試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在右上圖中作U—I圖線. （2）根據(jù)圖線得出電池的電動(dòng)勢(shì)E=_______V，根據(jù)圖線得出的電池內(nèi)阻r=_______Ω. （3）若不作出圖線，只選用其中兩組U和I的數(shù)據(jù)，可利用公式E=U1+I1r和E=U2+I2r算出E和r，這樣做可能得出誤差較大的數(shù)值，選用第_______組和第_______組的數(shù)據(jù)，求得E和r誤差最大？ 2.在做“測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，有位同學(xué)按圖甲所示電路進(jìn)行連接，他共用6根導(dǎo)線，即aa′、bb′、cc′、dd′、b′e及df，由于混進(jìn)了一根內(nèi)部斷開的導(dǎo)線，所以當(dāng)他按下開關(guān)K后，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)電表的指針都不偏轉(zhuǎn).他用多用電表電壓檔測(cè)量ab′間電壓，讀數(shù)約為1.5 V（已知電池電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V).為了確定哪一根導(dǎo)線的內(nèi)部是斷開的，可以再用多用電表的電壓檔測(cè)量_______兩點(diǎn)間的電壓，如果約為1.5 V，則一定是_______導(dǎo)線斷開；如果是_______V，則一定是_______導(dǎo)線斷開. 另一同學(xué)按圖甲把線路連接正確后，通過改變滑動(dòng)變阻器接觸點(diǎn)的位置測(cè)出了幾組U、I的值，圖乙是根據(jù)6組數(shù)據(jù)在U—I圖上畫出的點(diǎn)和相應(yīng)的U—I圖線.根據(jù)這一圖線，可求出電池的電動(dòng)勢(shì)E=_______V，內(nèi)電阻r=_______Ω，如果他不利用這一圖線，而是只利用任意兩組U、I數(shù)據(jù)，那么當(dāng)他選擇_______、_______兩組時(shí)，求出的E、r值誤差最大. 參考答案： 1.解析：（1）U—I圖線如下圖所示，作圖線時(shí)應(yīng)把個(gè)別誤差較大的點(diǎn)舍棄. (2)由直線與縱軸的交點(diǎn)可讀出電池的電動(dòng)勢(shì)E=1.46 V，再讀出圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)（1.00 V,0.62 A)，據(jù)閉合電路的歐姆定律E=U+Ir得r===0.74 Ω.故E=1.46 V,r=0.74 Ω. （3）選用第3組和第4組數(shù)據(jù)求得的E和r誤差最大.不需要利用所給的5組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行計(jì)算，利用所作的圖線可以看出，選用這兩組數(shù)據(jù)求E和r，相當(dāng)于過圖中3和4兩點(diǎn)作一條直線，利用此直線求出E和r，而此直線與所畫的直線偏離最大，實(shí)際上，第四組數(shù)據(jù)不合理，已經(jīng)排除. 選用第3組和第4組數(shù)據(jù)，求得E和r誤差最大. 2.aa′ aa′ 0 bb′ 1.45 0.95 4 5