测定电池的电动势和内阻  学案

学习目的

（一）知识与技能

1、了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。

2、学习用图象法处理实验数据。

（二）过程与方法

通过设计电路和选择仪器，开阔思路，激发兴趣。养成规范操作实验并能科学、合理地处理数据的习惯。

（三）情感、态度与价值观

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，培养观察能力、思维能力和操作能力，提高对物理学习的动机和兴趣。

学习重点

掌握实验原理和方法，学会处理实验数据。

学习难点

用图象法处理实验数据。

探究过程：探究一：探究实验原理

1、回顾电源电动势的定义：

2、如何比较干电池与水果电池谁把化学能转化为电能的本领大？画出电路图，

这样测量有无误差，误差大小与谁有关？如何测这个量？

3．闭合电路欧姆定律的内容？        

4、测定电源的电动势和内阻的实验原理？

探究二、实验方案及电路图

1.测根据闭合电路欧姆定律，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？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。

2.根据闭合电路欧姆定律，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？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，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？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。

实验过程:通过实验操作得出数据，填写实验报告

探究四、如何处理数据

1、根据测得的数据得出电动势和内阻，你可以想出哪些方法？

2、哪种方法可使误差更小？

3、填写实验报告

当堂达标

1、用伏安法测电池的电动势和内电阻的实验中，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，以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．移动变阻器的触头时，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一I图象时，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、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，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是                 （     ）                                                       

A．测出两组I、U的数据，代人方程组．：E＝U1十I1r和E＝U2十I2r，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图象，再根据图象求E、r

D．多测出几组I、U数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻。

课堂练习、某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r，所给的其他器材有：

A．电压表 V：(0～3 V～15 V)    

B．电流表A：(0～0.6 A～3 A)

C．变阻器R1：(20 Ω，1 A)       

D．变阻器R2：(1000 Ω，0.1 A)

E．开关S和导线若干

(1)实验中电压表应选用的量程为________       (选填“0～3 V”或“0～15 V”)；

电流表应选用的量程为________       (选填“0～0.6 A”或“0～3 A”)；

变阻器应选用________；

(2)根据实验要求连接实物电路图；

(3)实验测得的6组数据已在U－I图中标出，如图所示，请你根据数据点位置完成U－I图线，并由图线求出该电池的电动势E＝________ V，电阻r＝________ Ω.

课后思考：

1、为什么不使用如下电表的连接方式？

    2、能否通过测量其他物理量得到电源电动势和内阻？如果可以，请设计你的方案。

       （包括实验原理、电路图、仪器、实验步骤）

3、自己动手测一下水果电池的电动势和内阻请设计你的方案。

       （包括实验原理、电路图、仪器、实验步骤）

第二篇：测定电源的电动势和内阻学案

 

【学习目标】

1、了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法。

2、学习用图象法处理实验数据。

【教学重点、难点】

1、掌握用伏特表和安培表测电源电动势和内阻的方法

2、学会利用图像处理数据

【教学用具】

   干电池一节，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，导线若干,多媒体，实物投影仪

【教学过程】

一、实验原理

1．原理：闭合电路的欧姆定律实验电路：

2、实验电路

分析两电路的不同

【分析】左图中由于电压表分流而引起误差，右图由电流表分流引起误差。而在右图中实际上测到的内阻等效于电流表与电源串联起来的总阻值，但由于电流表内阻较小，与电源内阻接近，故相对误差很大；而左图电压表内阻很大，其分流作用可忽略不计，误差较小。因而，实验电路我们选择的是左图。

3．实验依据：             得，解得

二、实验操作

【例1】测定电源的电动势和内电阻的实验电路如下图，回答下列问题：

（1）现备有以下器材：

A．干电池1个 

B．电压表（0~3V） C．电压表（0~15V）

D．电流表（0~0.6A）E．电流表（0~3A）

F．滑动变阻器（0~10Ω）G．滑动变阻器（0~1750Ω）  

其中电压表应选      , 电流表应选     ，滑动变阻器应选      (填字母代号)

【分析】

1、电表的量程选择需符合两方面：安全性、精确性

2、本实验由于干电池大电流放电时，电动势会明显下降，内阻明显升高，故此实验中，电流不宜超过0.5A

3、滑动变阻器的选择需考虑设计电路所需最大阻值

（2）如图所示在闭合开关之前为防止电表过载而滑动变阻器的滑动头P应放在     处

【分析】开关闭合前，必需使滑动变阻器处于最大值

（3）按上述要求，完成右边的实物连接图

【总结】在实物连接时需考虑以下几个方面：

1、电表量程的选择

2、电流表、电压表正负接线柱不能接反

3、电压表不能直接并到电源的正负极

三、数据处理

1、计算法

实验测得多组（U，I），联立方程求解即可

2、图像法

（1）图像纵轴的截距为电源电动势E.

（2）图线的斜率为电源的内阻r＝.

            

特别提醒　注意，有时纵轴起点不是零，这时图线与横轴的交点不是短路电流，图线斜率的绝对值仍是内阻值，与纵轴的交点坐标值仍为电源的电动势值．

【例2】实验时经测量得出的数据如下表，请在图c的方格纸上画出U—I图线。利用图线可求出电源电动势为                 、内电阻为              。

【总结】结合上题说明以下三个点：

（1）如何连线

（2）图像纵轴截距、斜率的意义

（3）坐标原点电压不为0的情况

四、误差分析：测得的电动势和内阻均偏小

【例3】某同学将铜片和锌片插入水果中制成一个“水果电池”，该同学利用下列所给器材测量该“水果电池”的电动势E和内阻r.

A．电流表A₁(量程0.6 A，内阻约1 Ω)

B．电流表A₂(量程20 mA，内阻约50 Ω)

C．电压表V₁(量程4 V，内阻约4 kΩ)

D．电压表V₂(量程15 V，内阻15 kΩ)

E．滑动变阻器R₁(0～1 000 Ω)

F．滑动变阻器R₂(0～9 999.9 Ω)

G．待测“水果电池”(电动势E约为4 V，内阻r约为200 Ω)

 H．开关S，导线若干

(1)为尽量减小实验的误差，实验中电流表选择_____；电压表选择_____；滑动变阻器选________．

请在虚线方框中画出实验电路图；

(2)该同学实验中记录的6组对应的数据如下表，试根据表中数据在图5中描点画出U－I图线；由图线可得，“水果电池”的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.

(3)实验测得的“水果电池”的电动势和内阻与真实值相比，

E_测________E_真，r_测________r_真(选填“大于”、“小于”或“等于”)．

五、拓展

1、电源内阻太小所出现的情况，及解决方法

【例4】某同学要测量一电动势略小于3V的直流电源的电动势和内阻，实验的原理图右图所示，按照原理图连接好线路后进行测量，测出6组数据记录如下表所示：

(1) 由上表可知，电压表示数变化不明显，试分析引起这种情况的原因是            

【分析】电压表示数所测电压为路端电压，从原理出发：U=E-Ir，U变化太小，说明Ir变化小，则有两个可能：I变化不明显，r太小。从所给数据分析，应为电源内阻太小。

（2）思考：若给定的电源内阻太小，怎么办？

【分析】

【总结】通过本题应学会两点：

（1）若电源内阻太小会出现的现象：路端电压变化不明显

（2）若电源内阻太小，可给其串联一个定值电阻，所测得的阻值即为电源内阻和定值电阻的总阻值。

2、原理的变式

   其他测量方法：一表一箱法

     

(1)原理式：E=IR+Ir

(2)两电路图等效，测得的电动势无偏差，但内阻偏大

（3）数据处理：

（1）原理式：

（2）两电路图等效，测得的电动势和内阻均偏小

（3）数据处理：

【例5】某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻

（R0=5Ω）一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图14(a).

（1）请完成下列主要实验步骤；

A、检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图14（c）所示，读得电阻值是     ；

B、将开关s₁闭合，开关s₂断开，电压表的示数是1.49V；

C、将开关s₂      ,电压表的示数是1.16V；断开开关s₁ 。

（2）使用测得的数据，计算出干电池的内阻是       （计算结果保留二位有效数字）。

【总结】不管电路图如何变，抓准最基本的原理式：E=U+Ir,从此原理式出发分析即可。

【例6】某同学到实验室做“测电源电动势和内阻”的实验时，发现实验台上有以下器材：

待测电源（电动势约为4V，内阻约为2Ω）；

一个阻值未知的电阻R₀（阻值约为5Ω）；

两块电压表（内阻很大，有5V、15V两个量程）；

电流表（内阻约为1Ω，量程500mA）；

滑动变阻器A（0～20Ω，3A）；

滑动变阻器B（0～200Ω，0．2A）；

电键一个，导线若干。

    该同学想在完成学生实验“测电源电动势和内阻”的同时测出定值电阻Ro的阻值，设计了如图所示的电路。实验时他用U₁、U₂、I分别表示电表V_l、V₂、A的读数。在将滑动变阻器的滑片移动到不同位置时，记录了U₁、U₂、I的一系列值．其后他在两张坐标纸上各作了一个图线来处理实验数据，并计算了电源电动势、内阻以及定值电阻Ro的阻值。

    根据题中所给信息解答下列问题：

（1）在电压表V_l接入电路时应选择的量程是            ，滑动变阻器应选择          （填器材代号“A’’或“B”）；

（2）在坐标纸上作图线时，用来计算电源电动势和内阻的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用        、         表示；用来计算定值电阻Ro的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用           、           表示。（填“U₁、U₂、I”或由它们组成的算式）

（3）若实验中的所有操作和数据处理无错误，实验中测得的定值电阻Ro的值           （选填“大于”、“小于”或“等于”）其真实值。

例3答案：(1)A₂　V₁　R₁　实验电路图见解析　(2)　3.80　190　(3)小于　小于