人教版 (新课标)选修310 实验：测定电池的电动势和内阻学案

这是一份人教版 (新课标)选修310 实验：测定电池的电动势和内阻学案，共18页。学案主要包含了实验基本操作，数据处理方法等内容，欢迎下载使用。
要点 实验基础知识
1．实验步骤
(1)电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按图连接好电路．
(2)把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端．
(3)闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据(I，U)，用同样方法测量几组I、U值，记录在自己设计的表格中．
(4)打开电键，整理好器材．
(5)处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值．
2．注意事项
(1)使用内阻大些(用过一段时间)的干电池，在实验中不要将I调得过大，一般不超过0.5 A，每次读完U、I读数立即断电，以免干电池在大电流放电时极化现象过重，E、r明显变化．
(2)测出不少于6组(I，U)数据，且U、I变化范围尽量大些．
(3)在画U—I图线时，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，而不要顾及个别离开较远的点以减小偶然误差．
(4)干电池内阻较小时U的变化较小，坐标图中数据点将呈现如图2－9－5甲所示的状况，下部分大面积空间得不到利用，为此可使纵坐标不从零开始，如图乙所示，纵坐标不从零开始，把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小些．此时图线与横轴交点不表示短路电流，计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝|eq \f(ΔU,ΔI)|计算出电池的内阻r.
图2－9－5
(5)合理地选择电压表与电流表的量程可以减小读数误差，电压表选取0～3 V量程，电流表选取0～0.6 A量程.


1.U—I图象的斜率和截距的物理意义是什么？
图2－9－6
我们用U—I图象处理实验数据，得到了一条以点A(与纵轴U的交点)和点B(与横轴I的交点)为端点的斜线U＝E－Ir(如图2－9－6所示)，那么，应该如何认识这条直线的物理意义？
对于点A，从坐标可以看出，电流I＝0，这时电路处于断路状态，因此纵坐标UA＝E.而UA也是直线的截距，则图象的截距表示了电源的电动势．
对于点B，从坐标可以看出，路端电压U＝0，这时电路处于短路状态，因此横坐标为短路电流I短，一般电源的内电阻都较小，因此短路电流很大，容易烧坏电源，甚至引起火灾等不良后果，应避免短路现象的发生．
由图象可求得直线的斜率(即斜线与横轴I的夹角α的正切)
tan α＝eq \f(OA,OB)＝eq \f(0－E,I－0)＝－r
这与欧姆定律的直线方程U＝E－Ir的斜率k＝－r一致．可见，U—I图象的斜率的绝对值就是电源内电阻的数值．这就是斜率k＝tan α的物理意义．
2．本实验如何进行误差分析？
(1)第一种实验线路(课本上的测量电路)
U＝E－Ir中I是通过电源的电流，而本实验用图2－9－7所示的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＝eq \f(U,RV)，U越大，IV越大，U趋于零时，IV也趋于零．
图2－9－7
图2－9－8
所以它们的关系可用图2－9－8表示，测量图线为AB，真实图线为A′B.
由图线可看出r和E的测量值都小于真实值．
r测RV2；两只电流表A1、A2量程相同，内阻RA1>RA2，在该实验中，为了使E、r的测量精确些，选择的电表可以是( )
A．V1和A2 B．V2和A2
C．V2和A1 D．V1和A1
答案 AD
解析 首先分析该电路的误差来源，此种接入电路的方法来源于电压表分流，即所测得的电流为不准确值(不是干路电流)，所以应尽可能避免电压表分流，应选大阻值电压表．
6．下面给出的用伏安法测电池的电动势和内电阻的数据处理方法中，既能减小偶然误差，又直观简便的方法是( )
A．测出两组I和U数据，代入eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r))方程组，求出E和r
B．测出多组I和U数据，代入方程求出几组E和r，最后求出平均值
C．测出多组I和U数据，画出U—I图象，根据图象求出E和r
D．测出多组I和U数据，分别求出I和U的平均值，然后代入公式求出E和r
答案 C
7．如图6所示，
图6
已知R1＝R2＝R3＝1 Ω.当开关S闭合后，电压表的读数为1 V；当开关S断开后，电压表的读数为0.8 V，则电池的电动势等于( )
A．1 V B．1.2 V
C．2 V D．4 V
答案 C
解析 开关闭合时，R总＝r＋R1＋eq \f(R2R3,R2＋R3)＝r＋1.5
将I＝eq \f(U,R1)＝1 A代入公式得E＝r＋1.5①
开关断开时，R总′＝r＋R1＋R3＝r＋2
将I′＝eq \f(U′,R1)＝0.8 A代入公式得E＝0.8r＋1.6②
解之得E＝2 V，r＝0.5 Ω
二、实验计算论述题
8．如图7所示是测量两节干电池组成的串联电池组的电动势和内电阻的实验所用器材，用实线将它们连成实验电路．
图7
答案 见解析图
解析
本题考查实验电路的实物连线．首先画出实验电路图如右图所示．因为待测电源电动势约为3 V，所以电压表选用0～3 V的量程；干电池的允许电流一般在0.5 A左右，所以电流表应选用0～0.6 A的量程；注意开关闭合前，要使变阻器接入电路的阻值尽量大些，保护电流表以防烧毁．电压表不要直接接在电源的两极上，要受开关的控制，实物连接图如下图所示．
9．为了测量两节串联干电池的电动势，某同学设计了如图8所示的实验电路，其中E是待测电池组，内阻不能忽略；V1、V2是两只量程都合适的电表，内阻不是很大，且未知；S1、S2是单刀单掷开关；导线若干．
图8
(1)请根据电路图甲，在图乙中连线，将器材连成实验电路．
(2)实验需要测量的物理量是________________________________________________________________________．
(3)用测出的物理量，导出串联电池组电动势的表达式是____________．
答案 (1)如下图所示
(2)闭合，的读数的读数；再闭合的读数 (3)E=
10．利用伏安法测量干电池的电动势和内电阻，现有的器材为
干电池：电动势约1.5 V，符号
电压表：量程1 V，内阻998.3 Ω，符号 V
电流表：量程1 A，符号 A
滑动变阻器：最大阻值10 Ω，符号
电阻箱：最大阻值99 999.9 Ω，符号
单刀单掷开关1个，符号
导线若干
设计测量电源电动势和内电阻的电路并将它画在指定的方框内．要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负．
(2)为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的__________倍，电阻箱的阻值应为__________ Ω.
答案 (1)见解析图 (2)2 998.3
解析 (1)因电源电动势约为1.5 V，而电压表量程为1 V，故电压表需串联电阻箱扩大量程；因电源内电阻一般较小，为减小实验误差，电路采用电压表扩大量程后直接跨接在电源两端，即电流表外接法，电路如下图所示．
(2)因电源电动势约为1.5 V，故电压表量程扩大为原量程的2 倍，即量程为2 V为宜．设电压表串联电阻为R，则
Ω=998.3 Ω
第10节 简单的逻辑电路
要点一 三种基本门电路的逻辑关系的真值表
注 1表示开关闭合，0表示开关的断开；用1表示灯亮，0表示灯灭．
要点二用开关和灯泡类比门电路
1．类比“与”门
图2－10－2
如图2－10－2所示，如果把电键A闭合作为条件A满足，把电键B闭合作为条件B满足，把电灯L亮作为结果C成立，则“与”逻辑关系可以示意为：eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(A,B))⇒C.两个电键都闭合是灯亮的充分且必要条件．
2．类比“或”门
如图2－10－3所示，如果把电键A闭合当作条件A满足，把电键B
图2－10－3
闭合当作条件B满足，把电灯L亮当作结果C成立，则“或”逻辑关系可以示意为： 
.两个电键都闭合是灯亮的充分但不必要条件．
3．类比“非”门
图2－10－4
如图2－10－4所示，如果把电键A闭合当作条件A满足，把电灯L亮当作结果C成立，把电灯L灭当作结果—C成立，则正常逻辑关系为：A⇒C.而“非”逻辑关系表现为A⇒－C.
4．说明：对于“与”门，“或”门及“非”门电路，只有从反映的逻辑关系角度理解才能抓住本质，另外运用开关与灯泡的串并联关系进行类比，能更形象地理解三种门电路.

如何进一步认识逻辑门电路？
1．逻辑门电路功能、识图和种类
由于数字电路中最基本的元件为电子开关，它只有两个状态：一是开关开；二是开关关．数字系统电路中的电子开关电路就是逻辑门电路．
逻辑门电路又叫逻辑电路，逻辑门电路的特点是只有一个输出端，而输入端可以只有一个，也可以有多个，且常常是输入端多于一个．逻辑门电路的输入端和输出端只有两种状态：一是输出高电位状态，此时用1表示，二是输出低电位状态，此时用0表示．
2．二极管“与”门电路的工作原理
图2－10－5
图2－10－5是一种由两只二极管和一只电阻组成的典型“与”门电路．A、B是两个输入端，其输入脉冲的低电势为0 V，高电势为3 V，Y是输出端．若将低电位用“0”表示，高电位用“1”表示，则该电路的输入、输出真值表见下表．你能分析该电路的工作原理吗？
表 二极管“与”门电路真值表
解析 A、B为“与”门的两个输入端，Y为输出端．当A、B都是高电势“1”时(＋3 V)，Y端才是高电位“1”(3.7 V)，只要输入端有一个是低电平“0”(0 V)，相应的二极管导通，Y点被连接于0.7 V，其他输入端为高电平的二极管都被截止，因为Y端是低电位“0”(约0.7 V).
一、简单逻辑电路
【例1】 走廊里有一盏电灯，在走廊两端各有一个开关，我们希望不论哪一个开关接通都能使电灯点亮，那么设计的电路为( )
A．“与”门电路 B．“非”门电路
C．“或”门电路 D．上述答案都有可能
答案 C
解析 不论用哪一个开关接通都能使电灯点亮，这体现了“或”逻辑关系，故C项正确，A、B、D三项不对．
二、逻辑电路与对应的真值表
【例2】 如图2－10－6为逻辑电路图
图2－10－6
及其真值表，此逻辑电路为________门电路，在真值表中X处的逻辑值为________.
答案 或 1
解析 当开关A与B都合上时，用电器才工作，为“与”门；不论开关A或开关B，只要有一个合上时，用电器就工作，为“或”门；开关合上，用电器不工作，开关断开，用电器反而工作，为“非”门．
从真值表中可以看出，只有B一个合上时，用电器工作，两个都合上时也工作，所以为“或”门，X应为1.
1.
图2－10－7
如图2－10－7所示电路为( )
A．“与”门电路
B．“或”门电路
C．“非”门电路
D．无法判定
答案 C
2．某寝室的4名同学每人都配了一把门钥匙，各人都可以单独开门，这体现了( )
A．“或”逻辑 B．“非”逻辑
C．“与”逻辑 D．以上都不是
答案 A
3．如图2－10－8是一个组合逻辑电路，
图2－10－8
A、B、C为输入端，Y为输出端，则在真值表中Y空格从上到下依次填写都正确的是( )
A.00010101 B．00000010
C．00101010 D．以上答案都不正确
答案 C
题型一 逻辑原理
两个人负责安装一个炸药包，然后启爆，两个人分别控制两个相串联的开关．只有当两个人都撤出危险区，在安全区把开关接通时，炸药包才能爆炸．如果有一个人未撤出危险区，开关没有接通，炸药包就不能启爆，这就是“与”的概念．如果用“0”表示不启爆，“1”表示启爆，用符号“×”表示“与”的运算符号，则下列运算式正确的是( )
A．0×0＝0，表示二人都不启爆，炸药包不爆炸
B．0×1＝1，表示一人不启爆，另一人启爆，炸药包爆炸
C．1×0＝1，表示一人启爆，另一人不启爆，炸药包爆炸
D．1×1＝1，表示二人都启爆，炸药包爆炸
思维步步高“与门”、“或门”、“非门”的逻辑关系分别是什么？怎样起爆才最安全？“与”逻辑关系中怎样满足条件输出端才是“1”？
解析 “与”逻辑关系表示所有条件都满足，输出端才能达到目的．
答案 AD
拓展探究或门电路的逻辑关系可表示为：Z＝A＋B，则下列结果正确的是( )

A．0＋0＝0 B．0＋1＝1
C．1＋0＝1 D．1＋1＝0
答案 ABC
能够用类比的方式找出几种逻辑电路的逻辑关系.
题型二 复杂逻辑电路
在如图1所示的逻辑电路中，当A端输入电信号“1”、B端输入电信号“0”时，则在C和D端输出的电信号分别为( )
图1
A．1和0 B．0和1 C．1和1 D．0和0
思维步步高两个电路分别是什么逻辑电路？在上面的逻辑电路中，其中一个输入端是A，另一个输入端是什么？输出端的两个点的逻辑值是什么？
解析 当在B端输入的信号是“0”时，通过非门后信号变成了“1”，所以D端的输出为“1”．当与门的所有输入信号都是“1”时，输出在C端也是“1”．
答案 C
拓展探究如图2所示是一个三输入端复合门电路，当C端输入“0”时，A、B端输入为何时输出端Y输出“1”( )
图2
A．0 0 B．0 1 C．1 0 D．1 1
答案 D
复杂逻辑电路都是由简单逻辑电路组成的，研究该类问题先分析简单逻辑电路的输入端和输出端之间的关系，然后再进一步的找出最终的输出情况.
一、选择题

1．在基本逻辑电路中，何种逻辑门当所有输入均为0时，输出不是1( )
A．与门电路 B．或门电路
C．非门电路 D．都不可能
答案 AB
2．在数字电路中，利用的是晶体管的( )
A．放大作用 B．开关作用
C．放大和开关作用 D．以上都不是
答案 B
3．如图3所示为温度报警器的示意图，下列对此电路的分析正确的是( )
图3
A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端的电势升高，蜂鸣器就会发出报警声
B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端的电势降低，蜂鸣器就会发出报警声
C．当增大R1时，A端电势升高，Y端的电势降低，蜂鸣器就会发出报警声
D．当增大R1时，A端电势降低，Y端的电势升高，蜂鸣器就会发出报警声
答案 BC
4．如图4所示为一个简单的报警器电路图，下列说法正确的是( )
图4
A．S1、S2都合上时报警器发声
B．S1断开，S2合上时报警器发声
C．S1、S2都断开时报警器发声
D．S1闭合，S2断开时报警器发声
答案 D
解析
题目中给了“与”门的符号，表示为“与”门电路，那么只有输入端均为“1”时，报警器才发声．在电路的输入端标上字母AB，如右图所示，当S1闭合时，A接+5 V，为高电势，即A输入为“1”，当S1断开时，R1无电流通过，A点电势为0 V，输入为“0”；同理，S2断开，R2无电流，电势为+5 V，为高电势，B输入“1”，S2闭合，B输入为“0”，由真值表可看出，只有A、B输入均是“1”时，输出才是“1”，这样，S1应闭合，S2应断开，报警器才会响.
二、判断分析题
5．楼梯过道中的电灯往往采用如图5所示的电路控制．设高电压为“1”，低电压为“0”，试讨论灯泡L的亮暗情况，列出真值表．
图5
答案 见解析
解析 设高电压为“1”低电压为“0”，由题图，可知A接低，B接低，灯不亮；A接低，B接高，灯亮；A接高，B接低，灯亮；A接高，B接高，灯不亮，列出真值表如下.
6.在北京奥运会中，中国举重队取得了优异的成绩，与跳水队、体操队、乒乓球队构成了中国四大“梦之队”．在举重比赛中，有甲、乙、丙三名裁判，其中甲为主裁判，乙、丙为副裁判，当主裁判和一名以上(包括一名)副裁判认为运动员上举合格后，才可发出合格信号．试列出真值表．
答案 见解析
解析 本题主要考查逻辑关系的应用．设甲、乙、丙三名裁判的裁决意见为逻辑变量A、B、C.裁决结果为Y，并且对于A、B、C，设判上举合格为逻辑“1”，不合格为逻辑“0”，对于Y，设上举合格为逻辑“1”，不合格为逻辑“0”．根据题意及上述假设列出真值表如下表所示.
7.如图6所示，试判断这是一个什么逻辑门电路，A、B、C闭合时记“1”，断开时记“0”；P灯亮时记“1”，不亮时记“0”，试完成真值表．
图6
答案 见解析
解析 由图可知，开关A、B、C只要有一个闭合，灯泡便亮，所以是“或”门电路，其真值如下表所示.
8.在铁路与公路的交叉路口，安装有自动控制的信号灯．当火车来的时候信号灯亮，火车过去时信号灯灭．图7是这种信号灯的控制电路图．S1、S2为两个光控开关，光照到时接通，没照到时断开．只有两个开关都接通时，信号灯才是灭的．请在方框内画出符号要求的门电路符号．
图7
答案 见解析
解析 开关闭合时输入为高电势，灯亮时输出为高电势．所以开关闭合为“1”，断开为“0”，灯亮为“1”，灯灭为“0”，则此时门电路的真值表应为：
这是与非门真值表，所以框内应为U/V
1.37
1.32
1.24
1.18
1.10
1.05
I/A
0.12
0.20
0.31
0.32
0.50
0.57
输入
输出
A
B
Y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
输入
输出
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
X
1
1
1
A
B
C
Y
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
A
B
Z
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
输入
输出
A
B
Y
输入
输出
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
A
B
C
Y
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
输入
输出
A
B
C
P
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
输入
输出
A
B
C
P
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
A B
Y
0 0
1
0 1
1
1 0
1
1 1
0