新教材 高中物理 必修三 12.3实验：电池电动势和内阻的测量 课件+教案+练习(含答案)

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12.3 实验：电池电动势和内阻的测量 教学目标与核心素养一、教学目标1.知道测量电源电动势和内电阻的实验原理，进一步感受电源路端电压随电流变化的关系。2.学会根据图像合理外推进行数据处理的方法。3、尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的方法。二、核心素养物理观念：通过操作实验，让学生形成对实验具有严谨科学态度的物理观念。科学思维：体验实验研究中获取数据、分析数据、寻找规律的科学思维方法．科学探究：经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法。科学态度与责任：培养仔细观察，真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是的品质。教学重难点重点：利用图线处理数据。难点：如何利用图线得到结论以及实验误差的分析。教学过程【新课引入】知识回顾：什么是闭合电路欧姆定律，它的表达式有哪些？闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。这个结论叫作闭合电路的欧姆定律。表达式：    E ＝U外 ＋ U  。 U外 表示 IR，U内 表示 Ir。根据闭合电路欧姆定律，有多种方法可以测定电池的电动势和内阻。这节课我们就根据闭合电路的欧姆定律，来测量电池的电动势和内阻。【新知探究】一、实验思路1.测E和r的实验方法:U-I法根据闭合电路的欧姆定律：E ＝ U ＋ Ir 可知如果能测出 U、I 的两组数据，就可以列出两个关于 E、r 的方程，从中解出 E 和 r。  E：待测电动势；r：待测内阻；Ｕ：路端电压；Ｉ：通过电源的电流；用电压表、电流表加上一个滑动变阻器 R，就能测定电源的电动势 E 和内阻 r。实验电路如图2.测E和r的实验方法： I-R法 闭合电路的欧姆定律E ＝ U ＋ I r 可写成：E ＝ IR ＋ I r ，测出 I、R 的两组数据，也可以得到关于E和r 的两个方程，从中解出E和r。用电流表和电阻箱可以测定电源的电动势E和内阻r，电路如图。3.测E和r的实验方法： U-R闭合电路的欧姆定律 E＝ U ＋ Ir 可写成：测出 U、R 的两组数据，通过解方程组求出 E 和 r。这样用电压表和电阻箱来测定电源的电动势 E 和内阻 r。下面选用方法 1 测定电池的电动势 E 和内阻 r。二、物理量的测量思考讨论：如果用E＝ U ＋ Ir 测E和r是否只需测量两组 U、I 数据，联立方程解得E 和 r 就行呢？采用方法2和3呢？不行，只测量两组数据，误差可能较大。只有多次测量，并对数据进行处理，才能减小误差。所以，应该使用滑动变阻器改变外电路的电阻，进行多次测量。无论采取哪种方法，为了减小误差，都应该进行多次测量。三、数据分析方法一：公式法 测量若干组数据，利用E=U+Ir 解方程解方程组  E=U1+I1rE=U1+I1r可得      为了减小误差，最后以 E 的平均值和 r的平均值作为实验结果。方法二：图象法    E＝ U ＋ Ir 得：U ＝－rI ＋ E相当于二元一次方程k=－r   b=E（1）作图方法以 U 为纵坐标、I 为横坐标建立平面直角坐标系。根据实验测得的几组数据在坐标系中描点，这些点大致分布在一条直线上，把明显偏离的点舍去，用直尺画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点大致均衡地分布在直线两侧。（2）电源的电动势E这条直线与U坐标轴的交点值表示断路时的路端电压，这时的电压 U 等于电源的电动势 E。思考：直线与I轴交点是不是短路电流？它表示的意义是什么？由于U轴的起点不为0，故直线与I轴交点不是短路电流而是U＝1.20V时的电流。（3）电源的内阻 r①根据这条直线可以推出 U ＝ 0 时的短路电流。根据 求出电源的内阻 r。②由k=－r通过求解 U-I 图像斜率的绝对值也可以求出电源的内阻 r，即  求出电源的内阻 r。实验一：测量干电池的电动势和内阻1.实验器材：待测旧电池一节，滑动变阻器，电压表（0~3V），电流表（0~0.6A），导线若干，开关一只，铅笔，坐标纸。2.实验电路3.实验步骤(1)确定电流表、电压表的量程，按实验电路图连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端。(2)闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数。(3)同样的方法，依次记录多组U、I值。(4)断开开关S，拆除电路。(5)利用公式法和图像法求出电动势和内阻。4.实验数据序号123456电压U/V1.451.401.301.251.201.10电流I/A0.0600.1200.2400.2600.3600.4805.实验数据处理由图象可知，图象与纵坐标轴的交点即为电动势，所以E=1.50V，电源内阻6.注意事项(1)实验前必须把变阻器的滑片置于阻值最大的位置，以防止出现烧坏电流表的事故。(2)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些。(3) 读数要快，读完后立即切断电源。(4)作U-I图像时，要尽量使多数点落在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧。(5)作U-I图像时，如果出现某组数据对应的点偏离直线较远，就表明这组数据的偶然误差较大，可将该点舍去。(6)纵坐标可不从零开始，直线的斜率等于电源内阻，计算内阻时，要在直线上取两较远点用            求出 (横坐标必须从零开始)。(7)图线与纵轴交点的纵坐标等于电源电动势，与横轴交点的横坐标等于短路电流，由此可知，用图像法处理实验数据的优点是求得的是平均值。7.误差分析把图中的R和电流表看成外电路，则电压表看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这个整体等效的r和E。 误差来源于电压表的分流作用，适宜测小内阻电源。知识拓展电流表看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电流表这个整体等效的r和E。E测=E       r测=r+RA>r误差来源于电流表的分压作用，适宜测大内阻电源。实验二：测量水果电池的电动势和内阻实验器材：铜片、锌片、梨、电阻箱、电压表。出示图片：水果电池把铜片和锌片相隔约1 cm插入一个梨中，就制成一个水果电池。铜片和锌片相距越近、插入越深，电池的内阻就越小。铜片是电池的正极，锌片是负极。实验步骤：1.把水果电池、电阻箱、电压表等按图连接起来。2.根据  用电压表和电阻箱测出多组电压U和电阻R，并记录在预先绘制的表格中。3.求出水果电池的电动势和内阻。注意：水果电池的内阻较大，容易测量。但实验时，内阻会发生明显改变。测量应尽量迅速，在内阻发生较大变化之前结束测量。【课堂小结】1.求电源的电动势 E，电源的内阻 r①公式法②图像法这条直线与U坐标轴的交点值表示断路时的路端电压，这时的电压 U 等于电源的电动势 E。电源的内阻2.误差分析误差来源于电压表的分流作用，适宜测小内阻电源。 【随堂演练】1.在“测定电源电动势和内阻”的实验中，针对两个不同的电源得出如图所示的1、2两条图线，则两个电源的动势E1和E2、内阻r1和r2满足关系）（　　）A．E1＞E2，r1＞r2 B．E1＞E2，r1＜r2 C．E1＜E2，r1＜r2 D．E1＜E2，r1＞r2答案： C2．在测电源的电动势和内阻时。某次实验记录数据画出U-I图象，下列关于这个图象的说法中正确的是（　　）A．纵轴截距表示待测电源的电动势，即E=3V B．横轴截距表示短路电流，即I短=0.6A C．根据r＝E/ I短 ，计算出待测电源内阻为5Ω D．该实验中电源的内阻为2Ω 答案：A3.如图是测量电源电动势和内电阻的电路，关于误差说法正确的是（   ）A．由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值小于真实值 B．由于电流表的分压作用，使内电阻的测量值大于真实值C．由于电压表的分流作用，使内电阻的测量值小于真实值 D．测出的电动势比真实值小答案：B4．在“测定电池电动势和内阻”的实验中，某同学根据实验数据，作出了正确的U-I图象，如图所示，其中图线斜率绝对值的物理含义是（　　）A．短路电流               B．电池内阻 C．电池电动势             D．全电路电阻答案： B拓展提高1.“测定电池的电动势和内阻”的实验中，下列注意事项中错误的是 （　　）A．应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显 B．移动变阻器的触头时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载 C．应选用内阻较小的电压表和电流表 D．由实验记录数据作U-I图象时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上点大致均匀分布在直线两侧 答案：C2．测量电池电动势和内电阻，根据测得数据作出了外电路U-I图线，由图可知（　　）A．电池电动势的可以直接测得为1.40 V B．电池内阻的测量值为3.50Ω C．外电路发生短路时的电流为0.40 A D．电压表的示数为1.20 V时，电流表的示数I′=0.20 A 答案：D3.用如图所示电路（R1，R2为标准定值电阻）测定电池的电动势和内电阻时，如果偶然误差可以忽略不计，则下列说法中正确的是（　　）A．电动势的测量值小于真实值 B．内电阻的测量值小于真实值 C．测量误差的产生原因是电流表具有内电阻 D．测量误差的产生原因是测量次数少，不能用图象法求电池的电动势和内电阻答案：C