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粤教版高中物理必修第三册第4章第3节测量电源的电动势和内阻课件
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这是一份粤教版高中物理必修第三册第4章第3节测量电源的电动势和内阻课件，共54页。
第四章 闭合电路第三节 测量电源的电动势和内阻课前 • 自主预习1．实验原理和方法．实验电路如图所示，根据闭合电路的欧姆定律，改变R的阻值，测出两组U、I的值，根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程：测量电源的电动势和内阻2．实验器材．待测电池一节，电流表(0～0.6 A)、电压表(0～3 V)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干．3．实验步骤．(1)选定电流表、电压表的量程，按照电路图把器材连接好．(2)把滑动变阻器的滑片移到电阻________的一端(图中____端)．最大 左 (3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，读出电压表示数U和电流表示数I，并填入绘制好的表格(如下表)．(4)多次改变滑片的位置，读出对应的多组数据，并一一填入表中．(5)断开开关，整理好器材．1．公式法．把测量的几组数据分别代入E＝U＋Ir中，然后两个方程为一组，解方程求出几组E、r的值，最后对E、r分别求________值作为测量结果．2．图像法．(1)以I为横坐标，U为纵坐标建立直角坐标系，根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点．(2)用直尺画一条直线，使__________的点落在这条直线上，不在直线上的点，能大致均衡地分布在直线________．平均 实验数据处理方法尽量多 两侧 (3)如图所示：①图线与纵轴交点为E．②图线与横轴交点为I短＝______．③图线的斜率表示r＝|______|．1．偶然误差．电表读数不准确；作图不准确等．实验误差分析2．系统误差．(1)采用如图甲所示电路(外接法——相对电源)．在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是准确的电源两端电压．实验中忽略了通过电压表的电流IV，从而形成误差(如图乙中带箭头线段所示)，而且电压表示数越大，IV越大．(2)采用如图甲所示接法(内接法——相对电源)．IA为电源电流真实值，理论上有E＝U＋UA＋IAr，其中电流表两端的UA不可知，从而造成误差(如图乙中带箭头线段UA)，而且电流表示数越大，UA越大，当电流表示数为零时，UA＝0，电压表示数值为准确值，等于E．1．器材或量程的选择．(1)电池：为了使路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池．(2)电压表的量程：实验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于1.5 V的前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为0～3 V的电压表．实验注意事项(3)电流表的量程：对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5 A，故电流表的量程选0～0.6 A．(4)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，滑动变阻器选择阻值较小一点的．2．电路的选择．伏安法测电源电动势和内阻有两种接法，由于电流表内阻与干电池内阻接近，所以电流表应采用外接法．3．实验操作．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0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A．因此，实验中不要将I调得过大，读电表示数要快，每次读完后应立即断电．4．数据处理．(1)当路端电压变化不是很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点不从零开始，把纵坐标的比例放大．(2)画U－I图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧，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．其他实验方案设计课堂 • 重难探究1．用图像法处理实验数据是物理实验中常用的方法．2．用图像可以形象直观地显示物理量的变化规律．3．利用图像的斜率、截距等可以直接求出一些物理量．实验原理的考查例1 在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中，供选用的器材有：A．电流表(量程0～0.6 A，RA＝1 Ω)B．电流表(量程0～3 A，RA＝0.6 Ω)C．电压表(量程0～3 V，RV＝5 kΩ)D．电压表(量程0～15 V，RV＝10 kΩ)E．滑动变阻器(0～10 Ω，额定电流1.5 A)F．滑动变阻器(0～2 kΩ，额定电流0.2 A)G．待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干(1)请在题中虚线框中画出能提高本实验测量精确度的实验电路图．(2)电路中电流表应选用_____，电压表应选用_____，滑动变阻器应选用______．(用字母代号填写)(3)如图所示为实验所需器材，请按原理图连接出正确的实验电路． (4)引起该实验系统误差的主要原因是______________．【答案】(1)如图甲 (2)A C E (3)如图乙 (4)电压表的分流作用甲【解析】(1)电路如图甲所示．由于在如图所示的电路中只要电压表的内阻RV≫r，这种条件很容易实现，所以应选用该电路．(2)考虑到待测电源只有一节干电池，所以电压表应选C；放电电流不能太大，一般不超过0.5 A，所以电流表应选A；变阻器不能选择太大的阻值，从调节方便来看，应选择电阻较小而额定电流较大的滑动变阻器E，故器材应选A、C、E．(3)如图乙所示．注意闭合开关前，要使滑动变阻器接入电路的电阻最大，即滑片应滑到最左端．(4)该实验中的系统误差是由于电压表的分流作用使得电流表读数(即测量值)总是比干路中真实电流值小，造成E测＜E真，r测＜r真． 乙 变式1 某同学用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用的滑动变阻器的阻值范围为0～20 Ω，连接的实物电路图如图所示．(1)该同学接线中的错误和不规范的做法有 ( )A．滑动变阻器不起变阻作用B．电流表接线有错C．电压表量程选用不当D．电压表接线有错(2)请在虚线框内画出这个实验的正确电路图．【答案】(1)ABCD (2)见解析图【解析】(1)滑动变阻器要起变阻的作用，必须使接入电路的两根导线一条接在下面的接线柱上，另一条接在上面的金属杆的一端上，图中变阻器起不到变阻的作用；电流表和电压表接入电路时，选择好恰当的量程后，要特别注意“＋”“－”接线柱是否正确，不然的话，极易损坏电表，图中电流表的“＋”“－”接线柱错误；干电池组的电动势为3 V，电压表量程选0～3 V；电压表不能直接并联到电源两端，因为开关断开后，电压表仍有示数，且电压表“＋”“－”接线柱有错．故本题应选ABCD．(2)电路图如图所示．例2 给你一个电阻箱、电压表、开关及导线，如何根据闭合电路的欧姆定律测出一节旧干电池的电动势和内阻？请完成下列问题．(1)请在虚线框内画出电路图．实验数据及操作(2)实验过程中，将电阻箱拨到4.5 Ω时，电压表读数为 0.90 V；若将电阻箱拨到如图甲所示的________Ω时，电压表的读数如图乙所示是________V．(3)根据以上实验数据，可以算出该节干电池的电动势E＝______V.【答案】(1)见解析图 (2)110 1.1 (3)1.11变式2 在用电压表和电流表测电池的电动势和内阻的实验中，所用电压表和电流表的内阻分别为1 kΩ和0.1 Ω，如图甲所示为实验原理图及所需器件图．(1)在图乙中画出连线，将元器件按原理图连接成实验电路．(2)一位同学记录的6组数据如表，试根据这些数据在坐标系中画出U－I图像，根据图像读出电池的电动势E＝________V，求出电池内阻r＝________Ω．(3)若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，用公式E＝U＋Ir列方程求E和r，这样做可能得出的结果误差很大，其中选用第________组和第________组的数据，求得E和r误差最大．【答案】(1)见解析图 (2)见解析图 1.46 0.71 (3)3 4【解析】(1)按照实验原理图将实物图连接起来，如图甲所示．(3)由图线可以看出第4组数据点偏离直线最远，若取第3组和第4组数据列方程组求E和r，相当于过图中3和4两点作一直线求E和r，而此直线与所画的直线偏离最大，所以选用第3组和第4组数据求得的E和r误差最大．1．实验器材的选取应遵循安全、精确和操作方便的原则．电压表的选择原则是在满足量程要求的前提下选取内阻较大的；电流表的选择根据电源和选用的滑动变阻器来确定．2．连接实物电路图时应按照电路图先连干路、再连支路，即遵循“先串后并”的原则．核心素养应用奇特的电池美国一所大学的化学家们发明了一种电池，它的体积仅仅是人体红细胞的百分之一．专家们认为，这种电池是迄今为止世界上最小的电池．制造这种电池要在显微镜下才能进行．首先把细胞般大小的电池装置涂附于炭精表面，材料有银和铜两种，在显微镜下看起来像一个个小圆柱．当炭精上涂满了这些银的或铜的小圆柱后，再浸入稀释的硫酸铜电镀液中，铜圆柱溶解，而铜离子附着到银圆柱的表面．这一反应过程可连续45分钟产生0.05毫伏的电压．例3 有一特殊电池，它的电动势约为9 V，内阻约为40 Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50 mA．为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图甲所示的电路进行实验，图中电流表的内阻RA＝5 Ω，R为电阻箱，阻值范围为0～999.9 Ω，R0为定值电阻，对电源起保护作用．(1)本实验中的R0应选________(填字母)．A．10 Ω B．50 ΩC．150 Ω D．500 Ω(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线，则根据图线可求得该电池的电动势E＝________V，内阻r＝________ Ω．【答案】(1)C (2)10 45【解析】(1)当电阻箱接入电路的阻值为0时，电路中的电流不能超过50 mA，即电路中电阻的最小值约为180 Ω，除去电源内阻、图中电流表的内阻，可知C最为合适．小练 • 随堂巩固1．(多选)某同学利用如图所示的电路做“测定电池的电动势和内阻”的实验，其中P、Q为电表，则 ( )A．P为电流表 B．P为电压表C．Q为电压表 D．Q为电流表【答案】AC【解析】P与滑动变阻器为串联关系，故P为电流表，Q并联在电源两端，故Q为电压表，故A、C正确，B、D错误．2．下列给出多种用伏安法测电池的电动势和内电阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的是 ( )A．测出两组I、U的数据，代入方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E和rB．多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值C．测出多组I、U的数据，画出U－I图像，再根据图像求出E、rD．多测几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出电池内电阻r【答案】C【解析】A中只测量两组数据求出E、r，偶然误差较大；B中计算E、r平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D中分别求I、U的平均值是错误的做法；C中方法直观、简便，C正确．3．测定电源的电动势和内电阻的实验电路图和U－I图像如下，回答下列问题： (1)现备有以下器材：A．干电池1个B．滑动变阻器(0～50 Ω)D．电压表(0～3 V)E．电压表(0～15 V)F．电流表(0～0.6 A)G．电流表(0～3 A)其中电流表应选______，电压表应选______．(填字母代号)(2)根据图乙读出电池的电动势E＝______V，电池的内阻r＝______ Ω ．【答案】(1)F D (2)1.5 1.0【解析】(1)测定一节干电池的电动势和内电阻，电动势为1.5 V左右，电压表量程应选0～3 V，故选D；图像显示最大电流为0.4 A，故电流表量程应选0～0.6 A，故选F．
第四章 闭合电路第三节 测量电源的电动势和内阻课前 • 自主预习1．实验原理和方法．实验电路如图所示，根据闭合电路的欧姆定律，改变R的阻值，测出两组U、I的值，根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程：测量电源的电动势和内阻2．实验器材．待测电池一节，电流表(0～0.6 A)、电压表(0～3 V)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干．3．实验步骤．(1)选定电流表、电压表的量程，按照电路图把器材连接好．(2)把滑动变阻器的滑片移到电阻________的一端(图中____端)．最大 左 (3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，读出电压表示数U和电流表示数I，并填入绘制好的表格(如下表)．(4)多次改变滑片的位置，读出对应的多组数据，并一一填入表中．(5)断开开关，整理好器材．1．公式法．把测量的几组数据分别代入E＝U＋Ir中，然后两个方程为一组，解方程求出几组E、r的值，最后对E、r分别求________值作为测量结果．2．图像法．(1)以I为横坐标，U为纵坐标建立直角坐标系，根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点．(2)用直尺画一条直线，使__________的点落在这条直线上，不在直线上的点，能大致均衡地分布在直线________．平均 实验数据处理方法尽量多 两侧 (3)如图所示：①图线与纵轴交点为E．②图线与横轴交点为I短＝______．③图线的斜率表示r＝|______|．1．偶然误差．电表读数不准确；作图不准确等．实验误差分析2．系统误差．(1)采用如图甲所示电路(外接法——相对电源)．在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是准确的电源两端电压．实验中忽略了通过电压表的电流IV，从而形成误差(如图乙中带箭头线段所示)，而且电压表示数越大，IV越大．(2)采用如图甲所示接法(内接法——相对电源)．IA为电源电流真实值，理论上有E＝U＋UA＋IAr，其中电流表两端的UA不可知，从而造成误差(如图乙中带箭头线段UA)，而且电流表示数越大，UA越大，当电流表示数为零时，UA＝0，电压表示数值为准确值，等于E．1．器材或量程的选择．(1)电池：为了使路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池．(2)电压表的量程：实验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于1.5 V的前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为0～3 V的电压表．实验注意事项(3)电流表的量程：对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5 A，故电流表的量程选0～0.6 A．(4)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，滑动变阻器选择阻值较小一点的．2．电路的选择．伏安法测电源电动势和内阻有两种接法，由于电流表内阻与干电池内阻接近，所以电流表应采用外接法．3．实验操作．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0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A．因此，实验中不要将I调得过大，读电表示数要快，每次读完后应立即断电．4．数据处理．(1)当路端电压变化不是很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点不从零开始，把纵坐标的比例放大．(2)画U－I图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧，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．其他实验方案设计课堂 • 重难探究1．用图像法处理实验数据是物理实验中常用的方法．2．用图像可以形象直观地显示物理量的变化规律．3．利用图像的斜率、截距等可以直接求出一些物理量．实验原理的考查例1 在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中，供选用的器材有：A．电流表(量程0～0.6 A，RA＝1 Ω)B．电流表(量程0～3 A，RA＝0.6 Ω)C．电压表(量程0～3 V，RV＝5 kΩ)D．电压表(量程0～15 V，RV＝10 kΩ)E．滑动变阻器(0～10 Ω，额定电流1.5 A)F．滑动变阻器(0～2 kΩ，额定电流0.2 A)G．待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干(1)请在题中虚线框中画出能提高本实验测量精确度的实验电路图．(2)电路中电流表应选用_____，电压表应选用_____，滑动变阻器应选用______．(用字母代号填写)(3)如图所示为实验所需器材，请按原理图连接出正确的实验电路． (4)引起该实验系统误差的主要原因是______________．【答案】(1)如图甲 (2)A C E (3)如图乙 (4)电压表的分流作用甲【解析】(1)电路如图甲所示．由于在如图所示的电路中只要电压表的内阻RV≫r，这种条件很容易实现，所以应选用该电路．(2)考虑到待测电源只有一节干电池，所以电压表应选C；放电电流不能太大，一般不超过0.5 A，所以电流表应选A；变阻器不能选择太大的阻值，从调节方便来看，应选择电阻较小而额定电流较大的滑动变阻器E，故器材应选A、C、E．(3)如图乙所示．注意闭合开关前，要使滑动变阻器接入电路的电阻最大，即滑片应滑到最左端．(4)该实验中的系统误差是由于电压表的分流作用使得电流表读数(即测量值)总是比干路中真实电流值小，造成E测＜E真，r测＜r真． 乙 变式1 某同学用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用的滑动变阻器的阻值范围为0～20 Ω，连接的实物电路图如图所示．(1)该同学接线中的错误和不规范的做法有 ( )A．滑动变阻器不起变阻作用B．电流表接线有错C．电压表量程选用不当D．电压表接线有错(2)请在虚线框内画出这个实验的正确电路图．【答案】(1)ABCD (2)见解析图【解析】(1)滑动变阻器要起变阻的作用，必须使接入电路的两根导线一条接在下面的接线柱上，另一条接在上面的金属杆的一端上，图中变阻器起不到变阻的作用；电流表和电压表接入电路时，选择好恰当的量程后，要特别注意“＋”“－”接线柱是否正确，不然的话，极易损坏电表，图中电流表的“＋”“－”接线柱错误；干电池组的电动势为3 V，电压表量程选0～3 V；电压表不能直接并联到电源两端，因为开关断开后，电压表仍有示数，且电压表“＋”“－”接线柱有错．故本题应选ABCD．(2)电路图如图所示．例2 给你一个电阻箱、电压表、开关及导线，如何根据闭合电路的欧姆定律测出一节旧干电池的电动势和内阻？请完成下列问题．(1)请在虚线框内画出电路图．实验数据及操作(2)实验过程中，将电阻箱拨到4.5 Ω时，电压表读数为 0.90 V；若将电阻箱拨到如图甲所示的________Ω时，电压表的读数如图乙所示是________V．(3)根据以上实验数据，可以算出该节干电池的电动势E＝______V.【答案】(1)见解析图 (2)110 1.1 (3)1.11变式2 在用电压表和电流表测电池的电动势和内阻的实验中，所用电压表和电流表的内阻分别为1 kΩ和0.1 Ω，如图甲所示为实验原理图及所需器件图．(1)在图乙中画出连线，将元器件按原理图连接成实验电路．(2)一位同学记录的6组数据如表，试根据这些数据在坐标系中画出U－I图像，根据图像读出电池的电动势E＝________V，求出电池内阻r＝________Ω．(3)若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，用公式E＝U＋Ir列方程求E和r，这样做可能得出的结果误差很大，其中选用第________组和第________组的数据，求得E和r误差最大．【答案】(1)见解析图 (2)见解析图 1.46 0.71 (3)3 4【解析】(1)按照实验原理图将实物图连接起来，如图甲所示．(3)由图线可以看出第4组数据点偏离直线最远，若取第3组和第4组数据列方程组求E和r，相当于过图中3和4两点作一直线求E和r，而此直线与所画的直线偏离最大，所以选用第3组和第4组数据求得的E和r误差最大．1．实验器材的选取应遵循安全、精确和操作方便的原则．电压表的选择原则是在满足量程要求的前提下选取内阻较大的；电流表的选择根据电源和选用的滑动变阻器来确定．2．连接实物电路图时应按照电路图先连干路、再连支路，即遵循“先串后并”的原则．核心素养应用奇特的电池美国一所大学的化学家们发明了一种电池，它的体积仅仅是人体红细胞的百分之一．专家们认为，这种电池是迄今为止世界上最小的电池．制造这种电池要在显微镜下才能进行．首先把细胞般大小的电池装置涂附于炭精表面，材料有银和铜两种，在显微镜下看起来像一个个小圆柱．当炭精上涂满了这些银的或铜的小圆柱后，再浸入稀释的硫酸铜电镀液中，铜圆柱溶解，而铜离子附着到银圆柱的表面．这一反应过程可连续45分钟产生0.05毫伏的电压．例3 有一特殊电池，它的电动势约为9 V，内阻约为40 Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50 mA．为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图甲所示的电路进行实验，图中电流表的内阻RA＝5 Ω，R为电阻箱，阻值范围为0～999.9 Ω，R0为定值电阻，对电源起保护作用．(1)本实验中的R0应选________(填字母)．A．10 Ω B．50 ΩC．150 Ω D．500 Ω(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线，则根据图线可求得该电池的电动势E＝________V，内阻r＝________ Ω．【答案】(1)C (2)10 45【解析】(1)当电阻箱接入电路的阻值为0时，电路中的电流不能超过50 mA，即电路中电阻的最小值约为180 Ω，除去电源内阻、图中电流表的内阻，可知C最为合适．小练 • 随堂巩固1．(多选)某同学利用如图所示的电路做“测定电池的电动势和内阻”的实验，其中P、Q为电表，则 ( )A．P为电流表 B．P为电压表C．Q为电压表 D．Q为电流表【答案】AC【解析】P与滑动变阻器为串联关系，故P为电流表，Q并联在电源两端，故Q为电压表，故A、C正确，B、D错误．2．下列给出多种用伏安法测电池的电动势和内电阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的是 ( )A．测出两组I、U的数据，代入方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E和rB．多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值C．测出多组I、U的数据，画出U－I图像，再根据图像求出E、rD．多测几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出电池内电阻r【答案】C【解析】A中只测量两组数据求出E、r，偶然误差较大；B中计算E、r平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D中分别求I、U的平均值是错误的做法；C中方法直观、简便，C正确．3．测定电源的电动势和内电阻的实验电路图和U－I图像如下，回答下列问题： (1)现备有以下器材：A．干电池1个B．滑动变阻器(0～50 Ω)D．电压表(0～3 V)E．电压表(0～15 V)F．电流表(0～0.6 A)G．电流表(0～3 A)其中电流表应选______，电压表应选______．(填字母代号)(2)根据图乙读出电池的电动势E＝______V，电池的内阻r＝______ Ω ．【答案】(1)F D (2)1.5 1.0【解析】(1)测定一节干电池的电动势和内电阻，电动势为1.5 V左右，电压表量程应选0～3 V，故选D；图像显示最大电流为0.4 A，故电流表量程应选0～0.6 A，故选F．
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