高中物理实验测量电动势与内阻

测量电源的电动势和内阻教学设计

一、教学目标：

知识与技能目标

（1）、了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。

（2）、学习用图象法处理实验数据。

过程与方法目标

通过学生的自主实验培养学生动手能力、分析问题解决实际问题能力，收集处理信息能力，读图分析能力。

情感态度与价值观目标

（1）、通过学生自主实验，体会科学探索的艰辛，养成实事求是科学态度。形成将科学服务于人类的意识，内化为振兴中华的使命感与责任感。

（2）、通过数形结合处理实验数据的体验，领略到自然科学中的美妙与和谐，产生对自然科学的亲近、热爱、和谐相处的情感。

教学重点、难点：

重点：了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。

难点：(1). 利用图像处理数据，得到正确结论。

(2). 实验误差的主要原因。

二、教学用具

每桌准备一个电池组、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线若干．

变阻箱或定值电阻一个。

三、主要教学过程

(一)情境导入

用时间久了的电池接灯泡会变暗，是什么原因？电动势没有变化，内阻发生了变化。本节课我们用实验的方法来测量电源的电动势和内电阻。

(二)实验过程

一 、实验目的：测量电源的电动势和内电阻

二、实验器材

设问：选用什么电源？电流表、电压表各选用什么量程？

开关一个，导线若干。滑动变阻器0～50Ω 。

电流表量程

0～0.6A

，电压表量程 0～3V 。

旧电池一个。（为什么是旧电池？）

内阻大容易测量。

教师点拨：选用电表的原则：安全性，准确性。

三、实验原理

1. 画出电路图：

2、分析实验误差产生的主要原因。 电压表分流

3、讨论电流表接干路误差更大的原因。电源内阻较小，电流表分压作用不能忽略。

确定实验原理图。

由闭合电路欧姆定律建立方程组

E＝U1＋I1r (1) E＝U2＋I2r (2)

第３３卷　第９期　２０１３年９月　物　理　实　验　ＰＨＹＳＩＣＳ　ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＴＩｏＮ　Ｖ０１．３３　Ｎｏ．９　Ｓｅｐ．，２０１３　

板式电势差计测量电动势及内阻实验的改进　宿丽叔，赵士鹏，拾景忠　（江苏师范大学物理与电子工程学院，江苏徐州２２１１１６）　摘　要：通过对原板式电势差计测量电池电动势及内阻实验的分析，得出Ｒ　一Ｒ关系图，从而求出电动势和内阻．　关键词：板式电势差计；Ｒ　一尺图形法；电池；电动势；内阻　中图分类号：Ｏ４４１．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５—４６４２（２０１３）０９—００４５—０３　１　传统的板式电势差计测电池电动势和　内阻的实验原理　在板式电势差计测量电池电动势及内阻的实　验中，依据教材上的实验方法（以后简称“原实　验”）进行测量与计算，有时得出的结果与理论和　实际相违背．下面对原实验作简单论述．　在原实验方法中，通过全电路欧姆定律，最终　得到：　一荣＋壶Ｒ，Ｕｏ２　Ｅ　Ｒ　’Ｅ　Ｒ　一’　即　一１一ｎ＋　．　（１）　Ｕ——ｏ２一ｎ十６　・　（１）　作出　一Ｒ图像，根据图像求得口和ｂ值，其中斜　率６一　：　，截距口＝装－－ｂ（Ｒ　＋ｒ），所以　Ｅ　一　１　，ｒ一詈一Ｒ　．　（２）　最后根据（２）式即可求出Ｅ　和ｒ［　．　原实验方法中，实验数据　的精确度为５　位，而普通坐标纸的精确度一般只有２～３位，这　样把很精确的数据放在精确度不高的坐标纸上，　会产生较大误差，而且通过作图并计算得到的斜　率ｂ很小，由式（２）知斜率ｂ的微小误差对计算得　到的电动势和内阻都有较大的影响，所以有时实　验结果误差会很大，并且会出现与实际情况不符　的情况，例如测得Ｅ　和ｒ的值远超出实际范围，　还有会出现Ｅ　和ｒ同时偏大或偏小等现象．另　１　外实验是通过作　一Ｒ图形求得干电池电动势和　ｔ．Ｊ　０２　１　内阻的，但　一Ｒ图形的物理意义不够直观，不便　ｕ　０２　于学生对该实验的理解．经过对原实验方法的研　究，提出了作Ｒ　－Ｒ关系图的方法，从而简洁地求　出电池的电动势和内阻．　２作Ｒ。　图形法　２．１实验原理　在原实验的基础上，使板式电势差计上的电　压降为１．１　Ｖ（即１１　ｍ电阻丝上的电压），把Ｒ和　Ｒ　改为精度为０．０１　Ｑ的电阻箱，其实验原理图　如图１所示，实验时保持ＡＢ两点间的距离不变，　即　是不变量，调节电阻箱Ｒ与Ｒ　，根据全电路　欧姆定律：　

562018.08（上）课程与教学Kechengyujiaoxue

［摘　要］半偏法是一种便捷的测量电流表内阻的方法。该方法利用巧

妙的方式简化了模型，从而只需要通

过简单的实验与计算就能较为准确地

测出电流表的内阻。这种抓住主要矛

盾、将复杂问题简单化的思想贯穿于

学生学习物理的各个阶段。学生通过

学习，并熟练掌握半偏法的原理后就

能知道实验方法的适用条件、实验精

度、误差来源，同时可以触类旁通，

培养简化复杂问题的思想、提高分析

问题解决问题的能力。

［关键词］半偏法　系统误差　高中物理

鲁科版选修3—1课本中：电流计

的指针达到最大刻度时的满偏电流Ig一般在几十微安到几毫安之间，而内

阻Rg在几百欧到几千欧之间。学生学

习中疑问：为什么电流计内阻Rg在几

百欧到几千欧之间？我们在进行测量

电阻实验时，伏安法是最常用的方法，

除了伏安法之外，我们测量电流计内

电阻的方法还有半偏法等。因此半偏

法在高考实验试题中出现得比较频繁，

而对于这种实验方法来说，只有学生理

解实验测量原理才知道其中的仪器要求

有一定特定性，才能分析实验中误差来

源，才能熟悉这种方法所对应的要求，

才能准确高效解决此类典型问题。

1.基本电路

半偏法测量电流表的内阻电路图

如右图所示。

其中滑动变阻器R1的最大阻值要

很大，才能确保其全部接入电路时电

流表示数不会超过其满偏电流Ig（也

可用一电阻箱代

替）。电阻箱R2的

最大阻值应大于电

流表的内阻Rg。

2.实验步骤

具体实验步骤如下：

（1）如图所示的方式连接电路。

（2）闭合开关S1，调节R1的阻值，

使电流表的读数达到满量程。（3）闭合开关S2，调节R2的阻值，

使电流表的读数达到量程的一半。

（4）记下此时的电阻箱的阻值R2 =Rg。

日常教学中，学生对以上实验步

骤时常存在以下疑难问题：若闭合开

关S2，使R2与电流表并联后再改变滑

动变阻器R1的阻值，使电流表的指针

偏转到满刻度的一半，那么Rg=R2是

否还成立？用半偏法测电流表的内阻，

测量值与真实值相比将产生怎样的偏

第 1 页 共 3 页 高中物理实验：电池电动势和内阻测定教学案例电池电动势和内阻测定教学案例

一、实验目的：

1、了解电池电动势及电极电势的测量方法；

2、了解电池内阻的作用和测量方法；

3、对于电池的使用能力和质量进行评估。

二、实验器材：

1、电池；

2、电阻箱；

3、万用表；

4、导线；

5、电池夹；

6、阳极铜板。

三、实验原理：

1、电池电动势

电池电动势是指电池通过内部化学反应产生的电动势。当电池闭合后，在内部化学反应的作用下，每个原子的电子在电场力的作用下在原子内部跳跃，形成一个电子云，在电子云和原子核的相互作用下，原子成为电离度不同的不同离子。在给定的温度和压力下，每个化学反应的电势是固定的。因此，我们可以测量电池的电动势来给电池做出正确的评估。

第 2 页 共 3 页 2、电池内阻

电池内阻是指电池在工作过程中会遇到一定阻力，这种阻力来自于电池自身的特点，包括极板材料，电解液，极板形状等。通常，电池内阻越小越好，因为它对于电池的功率输出有着重要的影响。

电池内阻的测量方法是通过与外部电路串联，然后测量额定电流下的电池跨越的电压降。根据欧姆定律可以得出：

r＝E-V/R；

其中，r表示电池内阻，E表示电池电动势，V表示电池跨越的电压降，R表示电路总电阻。

四、实验步骤：

1、测量电池电动势：

准备好电池夹、电阻箱、导线和万用表等器材。将电池夹用导线与电阻箱和万用表相连接。

按照实验要求调节电阻箱的电阻，再关闭电池开关。

2、测量电池内阻：

将自制的阳极铜板置于电池的阳极极板上，然后连接电池的负极铜板，形成一块电动势为“电压差V”的电池。连接Ω2在电路中，调节Ω1的阻值，使电流测得爱驱动电压V1和Ω2之间的电阻，根据欧姆定律可做如下分析。

五、实验结果与分析：

1、电池电动势实验结果 第 3 页 共 3 页

电池电动势的最终测量值为E=2.33V。通过各项铜银电极电势的叠加与电位差的概念来计算电池电动势，理论值为2.43V，与实际测量值基本相符，说明实验的准确性较高。