2020学年高中物理2.10 实验：测定电池的电动势和内阻 学案（人教版选修3-1）

2020学年高中物理2.10 实验：测定电池的电动势和内阻 学案（人教版选修3-1）

‎2.10 实验：测定电池的电动势和内阻 学案（人教版选修3-1） ‎ 一、实验原理和方法 ‎1．画出用电压表、电流表加上滑动变阻器来测定电源的电动势和内阻的电路图．‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎2．画出用电流表、电阻箱测定电源的电动势和内阻的电路图．‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎3．画出用电压表、电阻箱测定电源电动势和内阻的电路图．‎ ‎　‎ ‎　‎ 二、数据处理 ‎1．计算法：取两组实验中获得的数据，列方程：，解得：E＝________________，r＝__________________.‎ 为了减小误差，多取几组数据，分别列若干组联立方程，求若干组E和r，最后以电动势的________和内电阻的________作为实验结果．‎ ‎2．图象法：若采用第一种实验电路，在坐标纸上以____________为横坐标、__________为纵坐标建立直角坐标系，根据实验测得的几组数据在坐标系中描点作图 一、实验原理和方法 ‎[问题情境]‎ 电池已成为人类生活的亲密伙伴，生活中处处需要电池，新旧电池的主要不同是内阻不同．从前面的学习可知伏安法可以测电阻，用欧姆表也可以直接测电阻．而电源的内阻在里面，那又应该怎样测量呢？‎ ‎1．三种测量方案，其原理均遵从什么定律？‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎2．第二、三种方案中的可变电阻与第一种方案中的相同吗？‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．根据具体的实验条件，有下列三种测量电路，如图1(1)、(2)、(3)所示分别写出对应的物理关系式：(1)______________；(2)____________；(3)__________．‎ 图1‎ ‎2．水果电池不太稳定，也可改为测量干电池的电动势和内阻，____________(填“新”或“旧”)干电池的内阻较大，容易测量．‎ ‎[问题延伸]‎ 恰当选择实验器材，照电路图连好实验器材，使开关处于________状态且滑动变阻器的滑动触头滑到使接入电阻值________的一端．‎ 二、数据处理 ‎[问题情境]‎ 我们都有这样的体会：手电筒内的电池用久了，灯泡的亮度会下降；收音机、录音机内的电池用久了，声音会变小，这是什么原因呢？‎ ‎1．用两组I和U的数据，解方程组就可以算出电池的电动势E和内阻r.这样做虽然简单，但有什么缺点？‎ ‎　‎ ‎2．描点作图时，为便于研究问题，画出的图象是直线好，还是曲线好？‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．数据处理的方法可用以下两个方法，________法和________法．‎ ‎2．用图象法处理实验数据时，建立合适的坐标系，使画出的图象尽量是直线，如________图象．‎ ‎[问题延伸]‎ 干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多，这时，在画U－I图象时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)．此时图线和横轴的交点不再是__________，但纵轴的截距仍然是电池的__________，直线斜率的绝对值||照样还是电池的____________.‎ 例1　某同学的实物连线如图2甲所示．‎ 甲 乙 图2‎ ‎(1)请指出该同学在接线中错误和不规范的地方．‎ ‎①________________________________________________________________________‎ ‎②________________________________________________________________________‎ ‎③________________________________________________________________________‎ ‎(2)另有一同学实物连接图正确，也能正确读数，但忙乱中在稿纸上记录了一些数据，如图乙所示，请你帮他把数据整理好，并按实际情况填好表格． ‎ ‎　　　　　 实验次数 物理量　　　　　‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ 电流表示数I/A ‎0.16‎ ‎0.24‎ ‎0.32‎ ‎0.40‎ ‎0.48‎ ‎0.56‎ 电压表示数U/V ‎ ‎ 在所给的数据中，求出电源电动势E＝______ V，内阻r＝________ Ω 变式训练1　在测定一节干电池(电动势约为1.5 V，内阻约为2 Ω)的电动势和内阻的实验中，滑动变阻器和电压表各有两个供选：‎ A．电压表量程为15 V B．电压表量程为3 V C．滑动变阻器为(20 Ω，‎3 A)‎ D．滑动变阻器为(500 Ω，‎0.2 A)‎ ‎(1)电压表应选________(填“A”或“B”)，这是因为______________________________．‎ ‎(2)滑动变阻器应选________(填“C”或D)，这是因为____________________________．‎ 例2　如图3所示为测量某电源电动势和内阻时得到的U－I图线．用此电源与三个阻值均为3 Ω的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8 V．则该电路可能为下图中的(　　)‎ 图3‎ 听课记录：　‎ ‎　‎ 变式训练2　某同学采用如图4甲所示的电路测定干电池的电动势和内阻．已知干电池的电动势约为1.5 V，内阻约为2 Ω，电压表(0～3 V，3 kΩ)，电流表(0～0‎.6 A,1.0 Ω)，滑动变阻器有R1(10 Ω， ‎2 A)和R2(100 Ω，‎0.1 A)各一只．‎ 图4‎ ‎(1)在实验中滑动变阻器应选用__________(填“R‎1”‎或“R‎2”‎)；‎ ‎(2)在图乙中用笔画线代替导线连接实验电路．‎ ‎【即学即练】‎ ‎1．在“用伏安法测电池的电动势与内阻”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，使电压表示数的变化比较明显 B．应选用内阻较小的电压表和电流表 C．移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路造成电流表过载 D．根据实验记录的数据作U－I图线时，应通过尽可能多的点画一条直线，并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧 ‎2. 如图5所示为闭合回路中两个不同电源的U－I图象，下列判断正确的是(　　)‎ 图5‎ A．电动势E1＝E2，发生短路时的电流I1＞I2‎ B．电动势E1＝E2，内阻r1＞r2‎ C．电动势E1＝E2，内阻r1＜r2‎ D．当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化大 图6‎ ‎3．如图6所示是根据某次实验记录数据画出的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 B．横轴截距表示短路电流 C．根据r＝，计算出待测电源内电阻为12 Ω D．电流为‎0.3 A时的外电阻是18 Ω ‎4．在测定电池的电动势和内电阻实验的实物连接图中(如图7所示)，电流表和电压表的正接线柱都尚未连接，为了做这个实验，应该把(　　)‎ 图7‎ A．电流表的正接线柱与c点相连 B．电流表的正接线柱与b点相连 C．电压表的正接线柱与a点相连 D．电压表的正接线柱与c点相连 参考答案 课前自主学习 一、1.‎ ‎2.‎ ‎3.‎ 二、1.　　平均值　平均值　2.电流I　电压U 核心知识探究 一、‎ ‎[问题情境]‎ ‎1．闭合电路欧姆定律 ‎2．不同．第二、三方案中是变阻箱，而第一方案中只需滑动变阻器．‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．(1)E＝U＋Ir　(2)E＝IR＋Ir　(3)E＝U＋r ‎2．旧 ‎[问题延伸]　断开　最大 二、‎ ‎[问题情境]　1.误差可能很大　2.直线 ‎[要点提炼]　1.计算　图象　2.U－I ‎[问题延伸]　短路电流　电动势　内阻 解题方法探究 例1　(1)①电压表没有并接在开关和电源串接后的两端；②电流表正负接线柱错误；③电压表量程选用不当．‎ ‎(2)表格数据依次按顺序为1.40、1.36、1.32、1.28、1.24、1.20‎ 代入公式E＝U＋Ir，联立解得E＝1.48 V，r＝0.5 Ω 变式训练1　(1)B　由于电源电动势约为1.5 V，故选量程为0～3 V的电压表，读数既准确，又方便；(2)D中滑动变阻器的额定电流太小，最大阻值太大，调节不方便，故滑动变阻器应选C.‎ 例2　B　[由U－I图线的斜率及截距可得该电源E＝6 V，r＝0.5 Ω.当U＝4.8 V时，I＝＝‎2.4 A，R＝＝2 Ω，B正确．]‎ 变式训练2　(1)R1　(2)实验电路如下图所示．‎ 即学即练 ‎1．B　[实验中选用的电压表的内阻应尽可能的大，而电流表的内阻则尽可能的小，故选项B错误；其他三个选项的内容均为正确操作．]‎ ‎2．ACD　[闭合电路的U－I图象中，I是电路的总电流，U是路端电压．图象上图线与U轴的交点表示电路电流为零，属断路，路端电压即电源电动势；图线与I轴交点表示路端电压为零，电路短路，交点坐标值即为短路电流，I＝，即r＝ ‎，可见图线的斜率的绝对值为电源的内阻．从坐标中可以看出图线1、2与U轴交于一点表明电动势E1＝E2；图线1斜率比图线2斜率小，表明r1＜r2；图线1与I轴交点坐标大于图线2与I轴交点坐标，表明I1＞I2.可见A、C正确．两个电源电动势相等，内阻r1＜r2，当电流变化量ΔI1＝ΔI2时，ΔI1r1＜ΔI2r2，即电源1内电压变化量小于电源2内电压变化量，所以电源2路端电压变化量大．D项正确．]‎ ‎3．AD　[图象与纵轴的交点，电流取值为0，此时为断路状态，截距即等于电源电动势，选项A对；但图象与横轴的交点处，电压等于5.0 V，所以‎0.5 A是路端电压为5.0 V时的电流，而不是短路电流，所以B错；根据r＝得：r＝2 Ω，所以C错；根据R＝＝ Ω＝18 Ω，选项D对．]‎ ‎4．AC