高中物理人教版 (新課標(biāo))選修3選修3-1第二章 恒定電流10 實(shí)驗(yàn)：測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻學(xué)案設(shè)計(jì)

這是一份高中物理人教版 (新課標(biāo))選修3選修3-1第二章 恒定電流10 實(shí)驗(yàn)：測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻學(xué)案設(shè)計(jì)，共8頁。學(xué)案主要包含了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)器材，注意事項(xiàng)，開關(guān)等內(nèi)容，歡迎下載使用。
10　實(shí)驗(yàn)：測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>1．掌握實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)的原理及實(shí)驗(yàn)的方法．2．學(xué)會(huì)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)誤差進(jìn)行初步分析，了解測量中減小誤差的辦法．二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)閉合電路歐姆定律可以有下面三種思路求出電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻．思路1：伏安法測電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r(1)如圖2-10-1甲所示，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，從電流表、電壓表中讀出幾組I和U的值，由U＝E－Ir可得：E＝，r＝.甲　　　　　　乙圖2-10-1(2)為減小誤差，至少測出六組U和I值，且變化范圍要大些，然后在坐標(biāo)系中作U-I圖象，由圖線縱截距和斜率找出E、r(r＝)，如圖乙．思路2：用電流表、電阻箱測電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r，由閉合電路的歐姆定律得：E＝I(R＋r)用電流表測干路中的電流，通過改變電路中的電阻，測出兩組R、I數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程：E＝I1(R1＋r)　E＝I2(R2＋r)聯(lián)立就可以解出結(jié)果，實(shí)驗(yàn)電路如圖2-10-2所示．圖2-10-2思路3：用電壓表、電阻箱測電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r由閉合電路的歐姆定律得：E＝U＋用電壓表測得路端電壓，通過改變電路中的電阻，測出兩組U、R數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程：E＝U1＋　E＝U2＋聯(lián)立就可以解出結(jié)果，實(shí)驗(yàn)電路如圖2-10-3所示．圖2-10-3三、實(shí)驗(yàn)器材在不同的思路中需要的實(shí)驗(yàn)器材略有不同，分別如下：思路1：待測電池一節(jié)，電流表、電壓表各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．思路2：待測電池一節(jié)，電流表一個(gè)，電阻箱一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．思路3：待測電池一節(jié)，電壓表一個(gè)，電阻箱一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．一、實(shí)驗(yàn)步驟(1)確定電流表、電壓表的量程，按圖2-10-4甲所示電路把器材連接好，如圖乙所示．甲　　　　　　　　　　乙圖2-10-4(2)把變阻器的滑動(dòng)片移到一端使阻值最大．(3)閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，記錄一組電流表和電壓表的示數(shù)，用同樣的方法測量并記錄幾組I和U的值．(4)斷開開關(guān)，整理好器材．二、數(shù)據(jù)處理1．公式法把測量的幾組數(shù)據(jù)分別代入E＝U＋Ir中，然后兩個(gè)方程為一組，解方程求出幾組E、r的值，最后對(duì)E、r分別求平均值作為測量結(jié)果．2．圖象法(1)以I為橫坐標(biāo)，U為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，根據(jù)幾組I、U的測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)．(2)用直尺畫一條直線，使盡量多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)，能大致均衡地分布在直線兩側(cè)．(3)如圖2-10-5所示：圖2-10-5①圖線與縱軸交點(diǎn)為E；②圖線與橫軸交點(diǎn)為I短＝；③圖線的斜率表示r＝.三、誤差分析1．偶然誤差有讀數(shù)視差和用圖象法求E和r時(shí)，由于作圖不準(zhǔn)確而造成的偶然誤差．2．系統(tǒng)誤差(1)采用如圖2-10-6甲所示電路在理論上E＝U＋(IV＋IA)r，其中電壓表示數(shù)U是準(zhǔn)確的電源兩端電壓．實(shí)驗(yàn)中忽略了通過電壓表的電流IV，從而形成誤差(如圖2-10-6乙中帶箭頭線段所示)，而且電壓表示數(shù)越大，IV越大．圖2-10-6從圖象角度看：①當(dāng)電壓表示數(shù)為零時(shí)，IV＝0，IA＝I短，因此短路電流測量值＝真實(shí)值；②E測<E真；③因?yàn)?/span>r測＝，所以r測<r真．(2)如果采用如圖2-10-7甲所示接法，則IA為電源電流真實(shí)值，理論上有E＝U＋UA＋IAr，其中的UA不可知，從而造成誤差(如圖2-10-7乙中帶箭頭線段UA)，而且電流表示數(shù)越大，UA越大，當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，UA＝0，電壓表示數(shù)值為準(zhǔn)確值，等于E.圖2-10-7從圖象角度看：①E為真實(shí)值；②I短測<I短真；③因?yàn)?/span>r＝，所以r測>r真．四、注意事項(xiàng)1．器材或量程的選擇(1)電池：為了使路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過一段時(shí)間的1號(hào)干電池．(2)電壓表的量程：實(shí)驗(yàn)用的是一節(jié)干電池，因此電壓表量程在大于1.5 V的前提下，越小越好，實(shí)驗(yàn)室中一般采用量程為0～3 V的電壓表．(3)電流表的量程：對(duì)于電池來講允許通過的電流最大為0.5 A，故電流表的量程選0～0.6 A的．(4)滑動(dòng)變阻器：干電池的內(nèi)阻較小，為了獲得變化明顯的路端電壓，滑動(dòng)變阻器選擇阻值較小一點(diǎn)的．2．電路的選擇：伏安法測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻有兩種接法，由于電流表內(nèi)阻與干電池內(nèi)阻接近，所以電流表應(yīng)采用內(nèi)接法，即一般選擇誤差較小的甲電路圖．甲　　　　　　　乙圖2-10-83．實(shí)驗(yàn)操作：電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象較嚴(yán)重，電動(dòng)勢E會(huì)明顯下降，內(nèi)阻r會(huì)明顯增大，故長時(shí)間放電不宜超過0.3 A，短時(shí)間放電不宜超過0.5 A．因此，實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大，讀電表示數(shù)要快，每次讀完后應(yīng)立即斷電．4．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)當(dāng)路端電壓變化不是很明顯時(shí)，作圖象時(shí)，縱軸單位可以取得小一些，且縱軸起點(diǎn)不從零開始，把縱坐標(biāo)的比例放大．(2)畫U-I圖象時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均衡分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不予考慮．這樣，就可使偶然誤差得到部分抵消，從而提高精確度.實(shí)驗(yàn)探究1　實(shí)驗(yàn)原理與誤差分析　在“用電流表和電壓表測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻”的實(shí)驗(yàn)中，供選用的器材有：A．電流表(量程：0～0.6 A，RA＝1 Ω)；B．電流表(量程：0～3 A，RA＝0.6 Ω)；C．電壓表(量程：0～3 V，RV＝5 kΩ)；D．電壓表(量程：0～15 V，RV＝10 kΩ)；E．滑動(dòng)變阻器(0～10 Ω，額定電流1.5 A)；F．滑動(dòng)變阻器(0～2 kΩ，額定電流0.2 A)；G．待測電源(一節(jié)一號(hào)干電池)、開關(guān)、導(dǎo)線若干．(1)請(qǐng)?jiān)陬}中虛線框中畫出能使本實(shí)驗(yàn)測量精確程度高的實(shí)驗(yàn)電路．  (2)電路中電流表應(yīng)選用________，電壓表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________．(用字母代號(hào)填寫)(3)如圖2-10-9所示為實(shí)驗(yàn)所需器材，請(qǐng)按原理圖連接出正確的實(shí)驗(yàn)電路．圖2-10-9(4)引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要原因是_____________________________.【解析】　(1)電路如圖所示．由于在如圖所示的電路中只要電壓表的內(nèi)阻RV≥r，這種條件很容易實(shí)現(xiàn)，所以應(yīng)選用該電路．(2)考慮到待測電源只有一節(jié)干電池，所以電壓表應(yīng)選C；放電電流又不能太大，一般不超過0.5 A，所以電流表應(yīng)選A；變阻器不能選擇太大的阻值，從允許最大電流和減小實(shí)驗(yàn)誤差來看，應(yīng)選擇電阻較小而額定電流較大的滑動(dòng)變阻器E，故器材應(yīng)選A、C、E.(3)如圖所示注意閉合開關(guān)前，要使滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻最大，即滑片應(yīng)滑到最左端．(4)系統(tǒng)誤差一般是由測量工具和測量方法造成的，該實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)誤差是由于電壓表的分流作用使得電流表讀數(shù)(即測量值)總是比干路中真實(shí)電流值小，造成E測<E真，r測<r真．【答案】　(1)見解析圖　(2)A　C　E(3)見解析圖　(4)電壓表的分流作用實(shí)驗(yàn)探究2——實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理　用伏安法測一節(jié)干電池的電動(dòng)勢E和內(nèi)電阻r，所給的器材有：A．電壓表：0～3～15 VB．電流表：0～0.6～3 AC．滑動(dòng)變阻器R1：(總阻值20 Ω)D．滑動(dòng)變阻器R2：(總阻值100 Ω)E．電鍵S和導(dǎo)線若干(1)電壓表量程選用________；滑動(dòng)變阻器選用________________________(填R1或R2)(2)在2-10-10虛線框中將電壓表連入實(shí)驗(yàn)電路中；圖2-10-10(3)在U-I圖中已畫出七組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請(qǐng)根據(jù)這些點(diǎn)做出U-I圖線并由圖線求出：E＝________V，r＝________Ω.圖2-10-11【解析】　由于一節(jié)干電池的電動(dòng)勢約為1.5 V，電壓表量程是0～3 V；為了調(diào)節(jié)方便，滑動(dòng)變阻器用R1，連線時(shí)注意讓盡量多的點(diǎn)落在直線上，不在直線上的點(diǎn)，應(yīng)均勻分布在直線兩側(cè)，然后根據(jù)圖象求E、r.【答案】　(1)0～3 V　R1(2)實(shí)物連接見如圖(3)如圖　1.43～1.47　0.66～0.74