云南省潞西市芒市中学高中物理2.10实验：测定电源的电动势和内阻教学案(无答案)新人教选修3_1
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2.10实验：测定电源的电动势和内阻
一、教学目标
1、理解测量电源电动势和内阻的实验原理，进一步感受电源路端电压随电流的变化关系。
2、体验测量电源电动势和内阻的探究过程，掌握实验方法。
3、培养学生仔细观察，真实记录实验数据等良好的实验习惯和实事求是的品质，体验获取数据，分析数据，寻找规律的科学思维方法。
4、用解析法和图像法求解电源电动势和内阻，能对结果进行误差分析、了解减小误差的方法。
教学重点：探究测量电源电动势和内阻的原理和方法，掌握其数据处理和误差分析。
教学难点：电池内阻较小。
二、预习导学
实验电路连接，图像法求解及误差分析。
第一部分：实验原理 我问学生：现在有一个干电池，要想测出其电动势和内电阻，你需要什么仪器，采用什么样的电路图，原理是什么？
学生讨论后可以得到多种方案，（1）用电压表、电流表、可变电阻（如滑动变阻器）测量。
如图
2.9-1所示：
原理公式：Ir U E +=
（2）用电流表、电阻箱测量。
如图2.9-2所示：
原理公式：Ir IR E +=
（3）用电压表、电阻箱测量。
如图2.9-3所示： 原理公式：r R U U E +
=
我对这学生的答案进行点评，并逐一讲解，因为一个班里不可能所有的同学都能清楚实验原理，逐
一讲解可以使那些仍然不会的同学掌握这些实验原理，会的同学也可以因此加深印象。
第二部分：实验方法
教师：引导学生阅读教材69页有关内容，回答问题。
（1）用水果电池的优点是什么？电源的正负极如何鉴别？其内阻与哪些因素有关？实验过程中会有何变化？实验中要注意什么？
（2）简要写出实验步骤。
学生：阅读教材，解决以上问题。
3、学生实验：接下来我指导学生实验，要记录至少六组实验数据。
4、数据处理
原则上，利用两组数据便可得到结果，但这样做误差会比较大，为此，
我们可以多测几组求平均，也可以将数据描在图上，利用图线解决问题。
明确：
（1）图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流强度I 增大时，路端电压U 将随之减小，U 与I 成线性关系，U=E-Ir 。
也就是说它所反映的是电源的性质，所以也叫电源的外特性曲线。
（2）电阻的伏安特性曲线中，U 与I 成正比，前提是R 保持一定，而这里的U-I 图线中，E 、r 不变，外电阻R 改变，正是R 的变化，才有I 和U 的变化。
实验中至少得到5组以上实验数据，画在图上拟合出一条直线。
要求：使多数点落在直线上，并且分布在直线两侧的数据点的个数要大致相等，这样，可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。
讨论：将图线延长，与横纵轴的交点各代表什么情况？
归纳：将图线两侧延长，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
端电压U=0）意味着短路情况，它的数值就是短路电流r E。
三、问题引领，知识探究 例题、现有器材：量程为10．0 mA ，内阻约为30-40Ω的电流表一个，定值电阻R 1=150Ω，定值电阻R 2=100Ω，单刀双掷开关S ，导线若干．要求利用这些器材测量一干电池(电动势约1．5v)的电动势．
(1)按要求连接实物图(下图20)．
【解析】利用一只电流表和两只定值电阻来测量干电池的电动势，基本的原理是改变外电路的
电阻，得到两组电流值．根据闭合电路欧姆定律，得
到一个关于电源电动势和内阻的二元一次方程组，解方程组即可求得电动势．由给定的条件知，电流表量程为10mA，内阻均为30Ω～40Ω，电源电动势约1．5V，内阻约几欧，则外电阻的选择条件为R》120Ω，故外电阻可选R l或(R1+R2)．
(1)连接实物图如下图21所示．
(2)当单刀双掷开关掷向b时，R l为外电阻，得I1=E/（R1+r）
当单刀双掷开关掷向a时，R1和R2串联起来作为外电阻时，得到I2=E/（R1+R2+r）② 式中E、r 分别表示干电池的电动势和内阻联立①②可解得E=I1·I2·R2/（I1-I2）
I1是外电阻为R1时的电流，I2是外电阻为R1和R2串联时的电流．
【点评】本题是利用电阻R1和R1与R2串联分别接人电路，获得两组实验数据，求出E和r．需要注意的是，干电池电压为1．5V，内阻r约为几欧姆，如果用定值电阻R2=100Ω作为外电阻有10mA<I <15 mA，则超过了电流表的量程10 mA，因此该电阻不能单独使用．
四、目标检测
1.闭合电路欧姆定律的内容是怎样的？
2.测定电源的电动势和内电阻的实验原来就是闭合电路欧姆定律，对于一个给定的电池，电动势和内电阻是一定的，由闭合电路欧姆定律可以写出电源电动势E、内电阻r与路端电压U、电流I 的关系式，为。
根据这个关系式，你可以利用哪些实验器材来测定电源的电动势E和内电阻r？画出实验电路图。
3.根据闭合电路欧姆定律，可以写出电源电动势E、内电阻r与电路电流I 、电路外电阻R的关系式，为。
根据这个关系式，你可以利用哪些实验器材来测定电源的电动势E和内电阻r？画出实验电路图。
4. 根据闭合电路欧姆定律，可以写出电源电动势E、内电阻r与路端电压U 、电路外电阻R的
关系式，为。
根据这个关系式，你可以利用哪些实验器材来测定电源的电动势E和内电阻r？画出实验电路图。
五、分层配餐
A组题
1.在《测定电池的电动势和内电阻》的实验中，待测电池、开关和导线配合下列哪些仪器.可以达到测定目的( )
A.一只电流表和一只滑动变阻器
B.一只电流表和一只电压表
C.一只电流表和一只电阻箱
D.一只电压表和一只电阻箱
2.下面给出多种用伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方法，其中既
减小偶然误差，又直观、简便的方法是（）
A．测出两组I，U的数据，代入方程组E=U1+I1r和E=U2+I2r中，即可求出E和r
B．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E，r
D．多测出几组I，U数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出开路时的路端电压即为电压势E，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r
B组题
1.用电压表、电流表测定a、b两节干电池的电动势E a、E b和内电阻r a、r b时，画出的图线如图所示，则( )
A.E a>E b，r a>r b
B.E a>E b，r a<r b
C.E a<E b，r a>r b
D.E a<E b，r a<r b
2.在图所示的电路中，R1、R2为标准电阻，测定电源电动势和内电阻时，如果偶然误差可以忽略不计，则电动势的测量值______真实值，内电阻的测量值______真实值，测量误
差产生的原因是______.
3. 如图所示，R为电阻箱，○V为理想电压表．当电阻箱读数为R1=2Ω时，电压表读数为U1=4V；当电阻箱读数为R2=5Ω时，电压表读数为U2=5V．求：
(1)电源的电动势E和内阻r
(2)当电阻箱R读数为多少时，电源的输出功率最大?最大值P m为多少?
C组题
1.在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：
① 干电池E（电动势约为1.5V、内电阻大约为1.0Ω）
② 电压表V（0~15V）
③ 电流表A（0~0.6A、内阻0.1Ω）
④ 电流表G（满偏电流3mA、内阻R g=10Ω）
⑤ 滑动变阻器R1（0~10Ω、10A）
⑥ 滑动变阻器R2（0~100Ω、1A）
⑦ 定值电阻R3=990Ω
⑧开关、导线若干
⑴为了方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是_________（填写字母代号）；
⑵ 请在线框内画出你所设计的实验电路图，并在图中标上所选用器材的符号。
(3) 上图为某一同学根据他设计的实验，绘出的I1—I2图线（I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数），由图线可求得被测电池的电动势E =_____V，内电阻r =_____Ω。
