高中物理人教版 (新课标)选修32 电动势学案及答案

课题

2.10 实验：测定电池的电动势和内电阻

学习目标

1、通过复习理解闭合电路欧姆定律内容

2、通过讨论理解测定电源的电动势和内阻的基本原理，体验测定电源的电动势和内阻的探究过程。

3、用解析法和图象法求解电动势和内阻。

4、通过交流使学生掌握利用仪器测量电池电动势和内电阻的方法，并通过设计电路和选择仪器，开阔思路，激发兴趣。

学习重、难点

重点 利用图线处理数据

难点 如何利用图线得到结论以及实验误差的分析

学法指导

理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能，具备敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神，培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高学生对物理学习的动机和兴趣。

课前预习

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

预习评价

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

课堂学习流程设计

用案人自我创新

【课程导学】

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____________.

【范例精析】

例1在测干电池的电动势和内电阻的实验中，图有甲、乙两个可供选择的电路，应选用甲电路进行实验，实验中误差的来源是电流表 读数比实际值偏大，根据实验数据画出的U-I图线如图所示，则求得的电动势是 1.5 V，内电阻是0.75 。

解析本实验中，电压表应测路端电压U，电流表应测通过电源的电流I，根据U=E-Ir，来确定电动势E和内阻r，甲、乙两个电路都存在系统误差，对甲电路，电流表读出的不是通过电源的电流I，而通过电源电流I和电压表上电流IV=之和，即U=E-（I+）·r，即误差来自电压的分流。对乙电路，电压表读出的不是路端电压U，而是路端电压U和电流表两端电压UA=IRA之和，即U+IRA=E-Ir，即误差来自电流表的分压，由电源的内阻一般都较小，电压表的分流作用影响较小，故采用甲电路。

给出的图象是电源的外特性曲线，将给出图线向两方延长和U轴的交点即为电动势，而此直线斜率的绝对值为内阻。答案：甲，电流表，大，1.5V，  0.75。

例2某同学用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围0～20Ω，连接电路的实物图如实验图10-7所示．

(1)指出该同学接线中错误的和不规范的做法是：_____________________．

A．滑动变阻器，不起变阻作用      B．电流表接线有错

C．电压表量程选用不当            D．电压表接线有错

(2)画出这个实验的正确电路图．

解析要正确连好实物图，首先应确定电流表的内外接法，变阻器的连接方式以及各电表的量程．其次应注意以下事项：①各电表的正、负极性；②开关是否在干路上；③各导线两端都应接在接线柱上，而不能在导线中间出现分叉；④开关闭合前变阻器滑动触头应处于恰当位置；⑤各条连线均应连成一般曲线，而不能连成折线，不能相交且要尽量节省导线；⑥先画电路原理图，后连接实物图，可避免出错。在本题中变阻器要起变阻的作用，必须使接入电路的两根导线一条接在下面的线柱上，另一条接在上面的金属杆的一端上，故图中变阻器起不到变阻的作用，故选A．

电流表和电压表接入电路时，选择好恰当的量程后，要特别注意“＋”“－”接线柱是否正确，不然的话，极易损坏电表，图中电流表的“＋”“－”接线柱出现错误，故选B．

干电池的电动势为1.5V，电压表量程适当，故C错．但电压表不能直接并联到电源两端，因为开关断开后，电压表仍有示数，故选D．

答案：A、B、D  其电路图同例1中的甲图。

例3有两只电压表A和B，量程已知，内阻不知等于多少，另有一节干电池，它的内阻不能忽略，但不知等于多少．只用这两只电压表、开关和一些连接用导线，通过测量计算出这个电池的电动势(已知电动势不超过电压表的量程，干电池不允许拆开)．

(1)画出你测量时所用的电路图．

(2)以测得的量作为已知量，导出计算电动势的式子．

解析本题是实验测量设计论证类型的考题，依题目所创设的物理情景不难认识到两只电压表不能按通常情况当成理想表处理．实验测量电路的设计，以及与电路相关的物理方程，只能以部分电路、全电路欧姆定律为依据。

(1)测量电路如实验图 (a)、(b)所示．

(2)设电池电动势为E，内电阻为r，电压表A、B的电阻设为．当电压表A接到电池两端时读数为，据欧姆定律得

即．    ①

A、B串联后接到电池两端时，读数分别为，根据欧姆定律得

．  ②

联立①②，把看成未知数解得

达标检测

A类

1、在《测定电源电动势和内阻》的实验中，为使实验效果明显且不易损坏仪器，应选择下列哪种电源为好（  ）

A、内阻较大的普通干电池            B、内阻较小的普通蓄电池

C、小型交流发电机                  D、小型直流发电机

2、图所示为《测定电源电动势和内阻》的电路图，下列说法中正确的是（ ）

A、该电路图有错误，缺少一只与电流表相串联的保护电阻

B、用一节干电池做电源，稍旧电池比全新电池效果好

C、几节相串联的干电池比单独一节干电池做电源效果好

D、实验中滑动变阻器不能短路

3、为了测出电源的电动势和内阻，除待测电源和开关、导体以外，配合下列哪组仪器，可以达到实验目的：（   ）

A、一个电流表和一个电阻箱

B、一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器

C、一个电压表和一个电阻箱

D、一个电流表和一个滑动变阻器

4、在《测定电源电动势和内阻》的实验中，进行数据处理时的作图，正确做法是（  ）

A、横坐标I的起点一定要是零          

B、纵坐标U的起点一定要是零

C、使表示实验数据的点尽可能地集中在一边

A、      使表示实验数据的点尽可能地布满整个图纸

5、用电压表、电流表测定a、b两节干电池的电动势Ea、Eb和内电阻ra、rb时，画出的图线如图所示，则由此图线可知（ ）

A、Ea＞Eb 、ra＞rb    B、Ea＞Eb 、ra＜rb    

C、Ea＜Eb 、ra＞rb    D、Ea＜Eb 、ra＜rb

6、如图所示为两个电池的路端电压U随电流I变化的图线，已知图线a∥b，则两个电池的电动势Ea、Eb和内电阻ra、rb的关系是（  ）

A、Ea=Eb 、ra=rb    B、Ea＞Eb 、ra=rb   

  C、Ea＞Eb 、ra＞rb    D、Ea=Eb 、ra＞rb

7、如图所示为根据实验数据画出的路端电压U随电流I变化的图，由图线可知，该电池的电动势E=   V，电池的内电阻r=    。

8、如图所示的电路中，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    。

9、在用伏安法测电池电动势和内电阻的实验中，若线路器材接触良好，某同学按实验图10-11连接好电路合上开关以后，发现电流表示数很大，电压表示数为零，移动滑动变阻器的触头，两电表的示数均无变化，产生这样的故障的原因是   ；又若在实验中出现两电表的示数正常，但移动变阻器触头时，两电表的示数不变化，产生这样的故障原因是     。

B类

1、如图所示是根据某次实验记录的数据画出的U—I图线，关于此图线，下列的说法中正确的是：（    ）

A、      纵轴的截距表示电源的电动势，即E＝3.0V

B、      横轴的截距表示电源的短路电流，即I短＝0.6A

C、      电源的内阻r＝5Ω

D、      电源的内阻r＝1.0Ω

2、在测量电池的电动势和内阻的实验中，电源的电动势约为6V，内阻约为0.5Ω，电流表的内阻为0.5Ω，电压表的内阻为6kΩ。为了减小实验的误差，应当采用的电路是如图所示中的：（   ）

3、下面给出的用伏安法测电池的电动势和内阻的数据处理方法中，既能减小偶然误差，又直观简便的方法是：（    ）

A、测出两组I和U数据，代入方程组，求出E和r

B、测出多组I和U数据，代入方程求出几组E和r，最后求出平均值

C、测出多组I和U数据，画U—I图线，根据图线求出E和r

D、测出多组I和U数据，分别求出I和U的平均值，然后代入公式求出E和r

4、在测电源电动势和内阻的实验中，用电源、电阻箱、电压表连成如实验图10-13所示电路．一位同学记录的6组数据见下表：

试根据这些数据在坐标纸上选择适当的坐标轴，并在实验图10-14的方格纸上画出图线，根据图线读出电源的电动势E=_ __V，求得电源的内阻r=__ _Ω。

学

习

反

思