实验测量电源电动势和内电阻

实验测量电源电动势和内电阻
实验测量电源电动势和内电阻
授课者:晋江市平山中学李培玲
一、教材内容与地位
”中的主题“测量电源的电动势和内电阻”《普通高中物理课程标准》选修模块“3-1
涉及本课内容的条目有“让学生通过动手测量电源的电动势和内电阻，经历较完整的实验过程，学习有关电路连接、测量方面的实验操作技能。

”本主题属技能目标，为“独立操作”水平。

虽然对于电源电动势和内电阻的要求属于“了解”水平，但电源电动势是重要的物理概念，电源的内电阻是标志电源性能的重要参数之一。

在测量中要注重实验原理与方法的指导，使学生明确要测量的主要参数。

尝试讨论实验误差和改进方法，并要求学生有完整的实验报告。

二、教学目标
知识与技能
能用电压表和电流表测出闭合电路中的路端电压和干路电流，再利用计算法(代数法)或作图法求电源电动势和内电阻。

过程与方法
通过对实验数据的收集处理，学会用“代数法”和“图像法”分析处理实验数据。

培养用数学方法处理物理问题、发现物理规律的能力。

情感态度与价值观
1、通过讨论培养合作精神和积极参与的意识。

2、通过协作实验，有利于提高学生的合作精神。

三、教学设计
(一)教学引入
由例题得到启发测量电源电动势和内阻的方法和原理
例题:如图1所示的电路，闭合s，当滑动变阻器的滑头在某一位置
时，电流表和电压表的读数分别为0.3A、2.7V，当滑片向左移动一些
1
图1
后，电流表和电压表的读数变化值分别为2.5V、0.5A，试求电源的电动势E和内电阻r。

E,2.7，0.3rE,3V,EUIr,，,,11 ,,,E,2.5，0.5rr,1,EUIr,，,,22,
教师:在你们桌上都有一节我们常见的干电池，我们已学过用来描述电源的性质物理量是电动势E和内电阻r，今天我们要用自己动手实验的方法来测量一节电池的E、r。

提问:根据我们学过的知识，可以用什么方法来测出这一节干电池的电动势和内阻呢, 学生:根据上面例题，把干电池跟外电路连接构成一个闭合回路，用伏特表测路端电压，用安培表测总电流，测出两组数据(U,I)便可以求出电动势和内阻.
教师:为了测得两组不同的(U,I)，我们必须有另一个重要仪器----可以变化的外电阻，比如可以是两个不同阻值的定值电阻，也可以是滑动变阻器，当然还可以是电阻箱。

教师总结:
(二)实验方案 EUIr,，,111、实验原理:E=U+Ir 测量 (UI)(UI) 1 ，12 ，2,EUIr,，22,
2、实验电路的设计
3、数据处理
(1)计算法
以上处理数据的方法，由于仅使用两组原始数据，实验误差必然较大，我们可以多次调节
)、( I、U)……( I、滑动变阻器滑片位置，获得多组组实验数据(I、U)、( I、
U112233 nU)，求出几组E、r值，最后分别算出它们的平均值。

这种利用电压表和电流表测量电源n
的电动势和内电阻的方法叫伏安法。

教师提问:图2中闭合电路的U-I图像中，纵横截距分别代表
什么,
学生:纵截距代表电动势E，横截距代表短路时电流I，斜率
代表电源内阻r。

教师引导总结:只要能够画出闭合电路的U-I图像，将图线两
图2
2
侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就是电源电动势E。

横轴截距点(路端电
E
r压U=0)意味着短路情况，它的数值就是短路电流。

(2)图像法
以I为横坐标，以U为纵坐标，建立直角坐标系，通过描点法找出实验数据对应的坐标点。

并将坐标点拟合为一条直线。

根据闭合电路欧姆定律，U-I的函数关
系U,E,Ir图象为一条倾斜直线。

直线与纵轴的交点表示，直线与横轴的交点表示。

直线的倾斜程度反映的大小。

教师:图像法处理过程中，对于U-I实验数据，画在图上拟合出一条直线。

几个注意事项共同注意一下:
1.使尽可能多的点落在直线上
2.不在直线上的点也要大致相等地分布在直线两侧
3.而对于偏离这条直线过远的个别点应舍去。

这样可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。

(三)实验探究
学生动手实验，并如实记录数据并处理 (教师下去指导学生实验)
1 2 3 平均 1 2 3 4 5 6
值 U(V) E(V)
r(Ω) I(A)
用作图法处理试验数据
测量结果: E= r=
3
教师说明:
?两个截距点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推得到的。

?由于r一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。

为了使充分利用坐标纸，也为了结果的误差更小，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r时选取直线上相距较远的两点求得。

此时此时I不再是短路电流,但是斜率仍代表内阻，纵轴截距仍代表电动势。

0
(教师指导，对作图有困难的同学提供帮助，及时解决问题。

)
学生:完成图像，并求出电动势和内阻。

(教师在全班范围展示作图好的同学的图像和求得的电动势值，使学生认识图像法处理数据的优点。

)
四、交流与思考
E、r 的测量值比真实值大还是小,为什么,
五、拓展创新
本实验采用了伏安法测定电池的电动势和内电阻，除此之外你能在以下两种情况下测定电池的电动势E和内电阻r吗,画出测量电路并写出对应方程
(1) 只有电流表,电阻箱而无电压表(另有电键和导线若干)。

(2) 只有电压表,电阻箱而无电流表(另有电键和导线若干)。

4
六、课堂练习
1、在测定电源的电动势和内阻的实验中，待测电池、开关和导线配合下列哪组仪器，可以达到测定目的 ( )
A. 一只电流表和一个滑动变阻器
B. 一只电流表和一只电压表
C. 一只电流表和一个电阻箱
D. 一只电压表和一个电阻箱
2、某同学采用如图甲所示的电路测定电源电动势和内阻，已知干电池的电动势约为1.5V，
内阻约1Ω，电压表(0-3V,3kΩ),电流表(0-0.6A,1.0Ω),滑动变阻器有R1(10Ω 2A)和
R2(100Ω 0.1A)各一只;
(1)实验中滑动变阻器应选用 (选填R1或R2). (2)在乙图中用笔画线代替导线连接实验电路.
(3)在实验中测得多组电压和电流值,得到如图丙所示的U-I图线,由图线可较准确求出该
电
源电动势E= V; 内阻r= Ω.
V
A
图甲
U/V
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
I/A 0.9 5
0.8
0 0.1 0.2
0.3 0.4
教师:除了伏安法,还有没有其他的测量方法呢?
现在给大家一个任务，以小组为单位，讨论是否有其他方法可以测量出电源的电动势和内阻,如果有，这些方法需要什么特别的仪器来测量什么物理量，当然又是怎么通过测量的物理量得出电源的电动势和内阻的?
A (五)实验原理探讨(10分钟) R (5分钟后，学生总结:) S
E r 学生1:
图2 由公式E=U+Ir可得E=IR+Ir，改变外电阻R可得到多组I、R，代入公式可得多组E、r的数值，实验原理如图2所示。

图中的R可以是两个已知阻值的定值电阻，也可以是电阻箱，但不可以是滑动变阻器。

V 学生2:
U由公式E=U+Ir可得E=U+r，改变外电阻R可得到多组U、R，代入公RR S 式可得多组E、r的数值。

实验原理如图3所示。

图中的R同样可以是两个已E r 知阻值的定值电阻，也可以是电阻箱，但不可以是滑动变阻器。

图3
6。