人教版 (2019)必修 第三册3 实验：电池电动势和内阻的测量教学设计

这是一份人教版 (2019)必修 第三册3 实验：电池电动势和内阻的测量教学设计，共10页。教案主要包含了实验思路，物理量的测量，数据分析，课堂小结等内容，欢迎下载使用。
教学设计
问题与目标
1.会测量电源的电动势和内阻。
2.能够根据数据绘制数据图像。
3.能够应用图像法计算电动势和内阻。
重点与难点
1.会测量电源的电动势和内阻。（重点）
2.能够应用图像法计算电动势和内阻。（难点）
3.熟记伏安法，理解安阻法、伏阻法。（重点）
教学准备
教师要求
多媒体课件
学生要求
复习闭合电路欧姆定律，预习这一节课程。
教学过程
一、实验思路
我们要如何测量电动势和内阻呢？
根据上节课学习的闭合电路欧姆定律的知识。我们知道在计算外电路电压时，要用到公式：。这个公式中的和分别是电源电动势和内阻。那么我们就可以通过测量路端电压和干路电流来计算电动势和内阻。
1.伏安法测电动势E和内电阻r
如下图所示，通过测量电流和电压，应用，就能测定电动势E和内电阻r。
2.采用安阻法测量电动势E和内电阻r
如下图所示，通过测量电流、读取滑动变阻器电阻，应用，将其中的路端电压用代替，变为就能测定电动势E和内电阻r。
3.采用伏阻法测量电动势E和内电阻r
如下图所示，通过测量路端电压、读取滑动变阻器电阻，应用，将其中的干路电流用代替，变为就能测定电动势E和内电阻r。
二、物理量的测量
以伏安法为例，在实验电路连接好后，调节滑动变阻器的阻值，得到多组电压、电流的数据。我们应用2组数据和就可以得到实验结果。但是这两组数据不能具有代表性，所以在测量数据时，我们可以多次测量数据，多次计算取平均值。
三、数据分析
1.伏安法测电动势E和内电阻r
①计算法：将化简成，使成为自变量，成为因变量把数值带入，得到
通过化简得到：
.
将得到的多组数据两两分组进行上述计算后，得到多组E、r数据，最后把得到的多组E、r取平均值，得到最终结果。
②图像法：根据测得多组数据，把得到的电流、电压数值绘制直线图。
如上图，绘制完图像后，把得到的数据以点的形式绘入表中。然后再画一条直线，使尽可能多的点在直线上，或使所有点都在直线附近。向两坐标轴用虚线延长直线，这时，计算直线的纵截距和斜率。
根据可知，纵截距代表电动势E，斜率代表内电阻r。
2.采用安阻法测量电动势E和内电阻r
将化简成，使成为自变量，成为因变量。这时我们发现，如果还是按照伏安法那样去联立计算，计算量就会非常大。这时我们可以选择直接用图像法去计算。
数据经过处理后，用同样的方法绘制直线图，会得到类似下图的数据。这时，计算直线的纵截距和斜率。
根据可知，纵截距代表内电阻r，斜率代表电动势E。
3.采用伏阻法测量电动势E和内电阻r
将化简成，使成为自变量，成为因变量。
数据经过处理后，用同样的方法绘制直线图，会得到类似下图的数据。这时，计算直线的纵截距和斜率。
根据可知，纵截距代表，斜率代表。
四、课堂小结
这节课我们学习了如何测量电源的内阻和电动势，并用三个方法进行了计算。
课堂练习
1.某学习小组欲利用图甲电路测量电池的电动势和内阻。提供的实验器材如下。
A.电池(电动势E，内阻约为)
B.电压表V(量程,内阻约为)
C.电流表 (量程,内阻为)
D.电流表 (量程,内阻为)
E.电阻箱,阻值最小改变量为)
请回答下列问题。
(1) 电流表应选用_______。(填写器材前面的字母序号)
(2)请根据图甲用笔画线代替导线,正确连接阁乙中的器材。
(3)主要实验步骤如下:
①开关S断开,调节电阻箱的阻值至合适位置;
②多次改变电阻箱的阻值,获得多组数据,电压表的示数为U,对应的电流表的示数为I、电阻箱阻值为R。
(4)张明同学根据电阻箱的阻值和电流表的示数作出如图丙所示的图线,纵截距为,斜率为，则张明|测得的电池的电动势和内阻分别为________、____________。李华同学根据电压表的示数和电流表的示数作出如图丁所示的图线,纵截距为,,斜率的绝对值为,,则李华测得电池的电动势和内阻分别为___________、_____________。(电流表的内阻用表示。)|
(5) 从系统误差角度分析,______________同学测得的电池的电动势和内阻均为准确值。
2.随着全世界开始倡导低碳经济的发展,电动自行车产品已越来越受到大家的青睐,某同学为了测定某电动车电池的电动势和内电阻,设计了如图所示电路,提供的实验器材有:
(A)电动车电池一组,电动势约为12,内阻未知
(B)直流电流表量程300mA,内阻很小
(C)电阻箱R,阻值范围为0~999.9Ω
(D)定值电阻,阻值为10Ω
(E)导线和开关
(1)当他闭合开关时发现,无论怎样调节变阻器,电流表都没有示数,反复检查后发现电路连接完好,估计是某一元件损坏,因此他拿来多用电表检查故障,他的操作如下:
①断开电源开关S,
②将多用表选择开关置于×1Ω档,调零后,红黑表笔分别接两端,读数为10Ω,
③将多用表选择开关置于×10Ω档,调零后,将红黑表笔分别接电阻箱两端,发现指针读数如图所示,则所测阻值为________Ω,然后又用多用电表分别对电源和开关进行检测,发现电源和开关均完好.由以上操作可知,发生故障的元件是__________.
(2)在更换规格相同的元件后重新连接好电路.
(3)改变电阻箱的阻值R,分别测出阻值为的定值电阻的电流I,下列三组关于R的取值方案中,比较合理的方案是________(选填方案编号1、2或3).
(4)根据实验数据描点,绘出的图象是一条直线.若直线的斜率为k,在坐标轴上的截距为b,则该电源的电动势_____________,内阻________(用和表示).
3.某同学利用如图甲所示的电路测量电源的电动势E和内阻r，所用的实验器材有：一个电压表V、一个电阻箱R、一个的定值电阻，一个开关和导线若干。
（1）根据电路图，在图乙中用笔画线代替导线，将实物图连成完整电路；
（2）该同学为了用作图法来确定电源的电动势和内阻，以为纵轴、为横轴作出的图像如图丙所示，则该图像的函数表达式为：________________。（用含有的函数表达式表示）
（3）由图像可求得，该电源的电动势__________V，内阻________Ω。（结果均保留2位有效数字）
答案
1.答案：（1）D；（2）如图所示
；
（3），，，；（5）李华
解析： (1)最小电流约为，最大电流约为.电流表应选用量程的电流表，即选D。
(4)根据闭合电路欧姆定律，对小明的数据进行处理有,变形得，则解得，对小华的数据进行处理有,变形得，则,得。
(5)张明列出的方程.在原理上是不完善的，若考虑
到电压表的分流，则，变形得 ,与比较得,即,测量值均偏大。李华列出的方程，在原理上是完善的，则李华测得的电动势和内阻是准确的。
2.答案：(1)70,电流表;(3)2(4),
解析：(1)欧姆表表盘读数为“7Ω”,倍率为“×10”,故为70Ω;故障检测时,除电流表其余部分均没有问题,故问题只能出在电流表处。
(3)为减小电流表的读数误差,电流表指针偏转角度应该尽量大于三分之一,即电流范围为,根据欧姆定律,总电阻,减去定值电阻10Ω,即电流表内阻和电源内阻加上电阻箱电阻应该大于等于30Ω且小于等于110Ω,故应该选方案2。
(4)根据闭合电路欧姆定律,有,则,解得,。
3.答案：（1）如图所示
（2）
（3）2.9；2.5
解析：（1）根据电路图将实物图连接，如图所示，注意不要交叉；
（2）由闭合电路欧姆定律可知，变形可得，故表达式为；（3）由数学知识可知，图像与纵坐标轴的交点的纵坐标为电源电动势的倒数，由题图可知，图像与纵坐标轴的交点的纵坐标为，解得，图像的斜率为，解得。
板书设计
第3节 实验：电池电动势和内阻的测量
1.实验目的：测量电源电动势和内阻
2.实验原理：
（1）伏安法：原理，电路图如下。
（2）安阻法：原理，电路图如下。
（3）伏阻法：原理，电路图如下。
3.实验器材：电源，导线，电流表，电压表，滑动变阻器。
4.测量数据：调节滑动变阻器，得到多组电压、电流数据
5.数据处理
（1）计算法
（2）图像法
方案编号
电阻箱的阻值
1
300.0
250.0
200.0
150.0
100.0
2
100.0
85.0
70.0
55.0
40.0
3
40.0
30.0
25.0
20.0
15.0