【教案】粤教版高中物理选修（3-1）实验《测量电源的电动势和内阻》导学案.docVIP

学案6　学生实验：测量电源的电动势和内阻 [学习目标定位] 1.知道测量电源的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变化的关系.2.经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图象合理外推进行数据处理的方法． 一、测量电路设计 设计思想： 图1 如图1所示，不需要通过测量测U内，只需要移动滑动变阻器的触头测U外和通过电源的电流I，由闭合电路欧姆定律建立方程组 E＝U1＋I1r ① E＝U2＋I2r ② 解①、②式便可求出电源的电动势E和内阻r. 二、实验器材 待测电池一节，电流表(0～0.6 A)、电压表(0～3 V)各一个，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干． 三、数据处理 1．方法一：充分运用实验测得的I、U数据．通过上述方程 组，多求出几组E、r值，再求其平均值． 2．方法二：(1)本实验中，为了减少实验误差，一般用作图法处理实验数据，即根据多组测出的U、I值，作U－I图象； (2)将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的纵坐标数值就是电池电动势E； (3)横轴截距点 图2 (路端电压U＝0)意味着短路情况，它的横坐标数值就是短路电流； (4)图线斜率的绝对值即电池的内阻r，即r＝＝，如图2所示. 一、“伏安法”测电源电动势和内阻 1．实验步骤 (1)电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3 V量程，按实验原理图连接好电路． (2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最大． (3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)．用同样的方法测量几组I、U值． (4)断开开关，整理好器材． (5)处理数据，用计算法和作图法这两种方法求出电池的电动势和内阻． 2．实验数据的处理 (1)求平均值法：由E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r可解得 E＝，r＝. 可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值． (2)作U－I图象法． 3．注意事项 (1)为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表． (2)实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化． (3)当干电池的路端电压变化不很明显时，作图象时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始． 图3 如图3所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r＝||求出． 二、“安阻法”测E和r 1．实验原理 由E＝IR＋Ir可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r. 2．实验器材 旧干电池、开关、变阻箱、电流表，电路图如图4所示． 图4 3．数据处理 (1)计算法：由E＝I1(R1＋r)和E＝I2(R2＋r)可解出E和r. (2)作图法：由E＝I(R＋r)得： R＝E·－r. 由此作出R－图象，由斜率和截距可求出E和r. 三、“伏阻法”测E和r 1．实验原理 由E＝U＋r知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r. 2．实验器材 旧干电池、开关、变阻箱、电压表，电路图如图5所示． 图5 3．数据处理 (1)计算法： 由E＝U1＋r和E＝U2＋r解方程组可求得E和r. (2)作图法： 由E＝U＋r得：＝＋·. 作出－图线，由图象的斜率和截距可求得E和r. 例1　在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中． (1)备有如下器材 A．干电池1节 B．滑动变阻器(0～20 Ω) C．滑动变阻器(0～1 kΩ) D．电压表(0～3 V) E．电流表(0～0.6 A) F．电流表(0～3 A) G．开关、导线若干 其中滑动变阻器应选________，电流表应选__________．(填器材前的序号) (2)为了最大限度的减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图． (3)某同学根据实验数据画出的U－I图象如图6所示，由图象可得电池的电动势为____________ V，内电阻为____________Ω. 图6 解析　(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因电源内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可，故滑动变阻器应选B.(也可以从便于调节的角度来分析，应该选择阻值较小的滑动变阻器．) 电流表的量程要大于电源允许通过的电流，对于干电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5 A，故需要选择0～0.6 A量程的电流表，所以电流表应选E. (2)电路图如图所示． (3)由题U－I图象可知：纵截距为1.5 V，故电池的电动势为1.5 V；内电阻r＝||＝||Ω＝1 Ω. 答案　(1)B　E　(2)见解析图　(3)1.5　1