人教版高中物理必修三 （實(shí)驗(yàn)：電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量）新課件

第3節(jié)實(shí)驗(yàn)：電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量

核心素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)探究知道測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理：閉合電路的歐姆定律。1.會(huì)設(shè)計(jì)測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的“伏安法”“伏阻法”“安阻法”的電路圖。2.體會(huì)圖像法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，體會(huì)“化曲為直”的思想方法。1.根據(jù)“伏安法”測(cè)定電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理，會(huì)選用實(shí)驗(yàn)器材、正確連接電路、規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作。2.能進(jìn)行分組、自主合作探究，并對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。知識(shí)點(diǎn)一電荷及起電方式一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的基本原理，體驗(yàn)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。2.會(huì)用解析法和圖像法求解電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。3.掌握利用儀器測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法，并能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電路和選擇儀器。二、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)1.伏安法：由E＝U＋I(xiàn)r知，只要測(cè)出________的兩組數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程，從而解出E、r，電路圖如圖所示。U、I2.安阻法：由E＝IR＋I(xiàn)r可知，只要能得到______的兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于E、r的兩個(gè)方程，就能解出E、r，電路圖如圖所示。U、RI、R三、實(shí)驗(yàn)器材在不同的方案中需要的實(shí)驗(yàn)器材略有不同，分別如下：方法1：待測(cè)電池一節(jié)，電流表、電壓表各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器一個(gè)，開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干，坐標(biāo)紙。方法2：待測(cè)電池一節(jié)，電流表一個(gè)，電阻箱一個(gè)，開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。方法3：待測(cè)電池一節(jié)，電壓表一個(gè)，電阻箱一個(gè)，開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。四、實(shí)驗(yàn)步驟(以方法1伏安法為例)1.電流表用0～0.6A量程，電壓表用0～3V量程，按實(shí)驗(yàn)原理圖連接好電路。2.把滑動(dòng)變阻器的滑片移到一端，使其阻值最大。3.閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表有明顯的示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(I1、U1)。用同樣的方法測(cè)量幾組I、U值。4.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，整理好器材。5.處理數(shù)據(jù)，用解析法和作圖法求出電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。五、數(shù)據(jù)處理

為減小測(cè)量誤差，本實(shí)驗(yàn)常選用以下兩種數(shù)據(jù)處理方法：1.公式法

利用依次記錄的多組數(shù)據(jù)(一般6組)，分別記錄如表所示：實(shí)驗(yàn)序號(hào)123456I/AI1I2I3I4I5I6U外/VU1U2U3U4U5U62.圖像法把測(cè)出的多組U、I值，在U－I圖中描點(diǎn)畫(huà)圖像，使U－I圖像的直線經(jīng)過(guò)大多數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)或使各坐標(biāo)點(diǎn)大致分布在直線的兩側(cè)，如圖所示，由U＝E－Ir可知：六、誤差分析1.偶然誤差

主要來(lái)源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U－I圖像時(shí)描點(diǎn)不準(zhǔn)確。2.系統(tǒng)誤差七、注意事項(xiàng)1.為使電池的路端電壓有明顯變化，應(yīng)選取內(nèi)阻較大的舊干電池和內(nèi)阻較大的電壓表。2.實(shí)驗(yàn)中不能將電流調(diào)得過(guò)大，且讀數(shù)要快，讀完后立即切斷電源，防止干電池大電流放電時(shí)內(nèi)阻r的明顯變化。4.為了提高測(cè)量的精確度，在實(shí)驗(yàn)中I、U的變化范圍要大一些，計(jì)算E、r時(shí)，U1和U2、I1和I2的差值要大一些。[例1]“利用電流表和電壓表測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”，要求盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差。 (1)應(yīng)該選擇的實(shí)驗(yàn)電路是圖中的________(填“甲”或“乙”)。核心要點(diǎn)伏安法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)原理和儀器選擇(2)現(xiàn)有開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干，以及以下器材：A.電流表(0～0.6A)B.電流表(0～3A)C.電壓表(0～15V)D.電壓表(0～3V)E.滑動(dòng)變阻器(0～10Ω)F.滑動(dòng)變阻器(0～500Ω)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用________；電壓表應(yīng)選用________________________；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________。(選填相應(yīng)器材前的字母)解析(1)如果用乙電路，誤差來(lái)源于電流表的分壓，測(cè)量時(shí)將電流表內(nèi)阻當(dāng)成電源內(nèi)阻的一部分，而電流表內(nèi)阻與電源內(nèi)阻很接近，故電源內(nèi)阻測(cè)量誤差大；用甲電路，誤差來(lái)源于電壓表的分流，因?yàn)殡妷罕淼膬?nèi)阻遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的電阻，故電壓表分流很小，測(cè)量引起的誤差小，故選擇甲電路圖。(2)電源電動(dòng)勢(shì)為1.5V，因此電壓表量程選擇3V，故選D；因干電池允許通過(guò)的電流較小，電流表量程選擇0.6A，故選A；為使電流表有較大角度的偏轉(zhuǎn)，需選用全阻值小的滑動(dòng)變阻器，故選E。答案(1)甲(2)A

D

E方法總結(jié)選擇儀器時(shí)注意掌握的原則1.安全性原則，即一定要保證儀器的安全，對(duì)電表來(lái)講不超量程，對(duì)滑動(dòng)變阻器來(lái)講不能超其額定電流。2.精確性原則，即要保證測(cè)量時(shí)讀數(shù)精確，對(duì)電表來(lái)講在不超量程的前提下，盡量選用小量程的，對(duì)歐姆表來(lái)講盡量讓指針指在中值刻度附近。3.方便性原則，此原則主要針對(duì)滑動(dòng)變阻器來(lái)講，在滑動(dòng)變阻器控制電路時(shí)，電路的電壓、電流的變化范圍要盡可能大，以便獲取多組測(cè)量值。[例2]在“用電流表和電壓表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中。 (1)備有如下器材 A.干電池1節(jié) B.滑動(dòng)變阻器(0～20Ω) C.滑動(dòng)變阻器(0～1kΩ) D.電壓表(0～3V) E.電流表(0～0.6A) F.電流表(0～3A) G.開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干核心要點(diǎn)伏安法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻數(shù)據(jù)處理和誤差分析其中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________，電流表應(yīng)選________。(只填器材前的序號(hào))(2)為了最大限度的減小實(shí)驗(yàn)誤差，請(qǐng)?jiān)谔摼€框中畫(huà)出該實(shí)驗(yàn)最合理的電路圖。

(4)寫(xiě)出該實(shí)驗(yàn)誤差的原因：____________；電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值________真實(shí)值，內(nèi)阻的測(cè)量值________真實(shí)值。(填“大于”“等于”或“小于”)(3)某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的U－I圖像如圖所示，由圖像可得電池的電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)_______V，內(nèi)阻為_(kāi)_______Ω。解析(1)滑動(dòng)變阻器的最大值一般為待測(cè)電阻的幾倍時(shí)較好，在該實(shí)驗(yàn)中因干電池內(nèi)阻比較小，故滑動(dòng)變阻器選擇較小一點(diǎn)的即可，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選B。(也可以從便于調(diào)節(jié)的角度來(lái)分析，應(yīng)該選擇阻值較小的滑動(dòng)變阻器。)電流表的量程要大于電源允許通過(guò)的最大電流，對(duì)于干電池來(lái)講允許通過(guò)的最大電流一般是0.5A，故需要選擇0～0.6A，所以電流表應(yīng)選E。(2)電路圖如圖所示。(4)由于電壓表的分流作用，使電流表讀數(shù)總是比干路電流小，造成E測(cè)＜E真，r測(cè)＜r真。答案(1)B

E

(2)見(jiàn)解析圖(3)1.5

1(4)電壓表的分流小于小于[例3]一同學(xué)測(cè)量某干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 (1)如圖所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時(shí)的實(shí)驗(yàn)電路。請(qǐng)指出圖中在器材操作上存在的兩個(gè)不妥之處______________；______________。核心要點(diǎn)安阻法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理由圖像可計(jì)算出該干電池的電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)_______V(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)；內(nèi)阻為_(kāi)_______Ω(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。解析(1)在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，連接電路時(shí)應(yīng)將開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電阻箱的阻值調(diào)為最大，確保實(shí)驗(yàn)儀器、儀表的安全。(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律，得E＝I(R＋r)描點(diǎn)連線后圖像如圖所示。根據(jù)圖像可知r＝1.2Ω，圖像的斜率為電動(dòng)勢(shì)E，答案(1)開(kāi)關(guān)未斷開(kāi)電阻箱阻值為零(2)見(jiàn)解析圖1.33(1.30～1.36均可)

1.2(1.0～1.4均可)核心要點(diǎn)伏阻法測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理和數(shù)據(jù)處理(1)電路中定值電阻R0的作用是_________________________________________。(2)請(qǐng)根據(jù)圖甲電路，在圖乙中用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線連接電路。(3)該同學(xué)調(diào)節(jié)電阻箱阻值R，讀出對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)U，得到兩組數(shù)據(jù)：R1＝2Ω時(shí)，U1＝2.37V，R2＝4Ω時(shí)，U2＝2.51V。由這兩組數(shù)據(jù)可求得電源的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)解析(1)若無(wú)R0存在，當(dāng)R調(diào)節(jié)到0時(shí)，外電路短路，有燒壞電源的危險(xiǎn)，故R0的作用是保護(hù)電源，防止短路。(2)如圖所示，注意電壓表量程選擇。(3)