2019_2020学年高中物理第二章电路实验：测量电源的电动势和内阻课件粤教版选修3_1.pptx

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1、实验：测量电源的电动势和内阻,第二章 电 路,学科素养与目标要求,物理观念： 知道测定电源的电动势和内阻的实验原理，即闭合电路的欧姆定律. 科学探究： 1.根据“伏安法”测定电池电动势和内阻的原理，会选用实验器材、正确连接电路、规范实验操作. 2.能进行分组、自主合作探究，并对信息进行数据处理. 科学思维： 1.会设计测定电池电动势和内阻的“伏安法”“伏阻法”“安阻法”的电路图. 2.体会图象法处理数据的优点，体会“化曲为直”的思想方法.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,技能储备,达标检测,课时对点练,明确原理 提炼方法,检测评价 达标过关,注重双基 强化落实,题型演练,学以致用 实训演

2、练,技能储备,1.伏安法：由EUIr知，只要测出 的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有 、 、 、 、 ，电路图如图1所示.,图1,一、测定电源电动势和内阻的实验方案设计,电池,U、I,开关,滑动变阻器,电压表,电流表,2.伏阻法：由EU r知，如果能得到 的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是 、 、 、 ，电路图如图2所示.,图2,电池,U、R,开关,电阻箱,电压表,3.安阻法：由EIRIr知，只要能得到 的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有 、 、 、 ，电路图如图3所示.,图3,电池,I、R,

3、开关,电阻箱,电流表,1.实验步骤(以伏安法为例) (1)电流表用00.6 A量程，电压表用03 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，使其接入电路中的阻值 . (3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，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，用公式法或图象法这两种方法求出电池的电动势和内阻.,二、实验操作与实验数据的处理,最大,2.实验数据的处理 (1)公式法 依次记录的多组数据(一般6组)如表所示：,分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，

4、求出它们的平均值作为测量结果.,(2)图象法 根据多次测出的U、I值，作UI图象； 将图线两侧延长，纵轴截距的数值就是电池 (横轴I从0开始)； 横轴截距(路端电压U0)的数值就是 ； 图线斜率的绝对值等于电池的 ，即r ，如图4所示.,电动势E,内阻r,图4,3.注意事项 (1)为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻 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出现明显变化. (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.,较大,如图5所示，此时图线与纵轴交点仍

5、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.,图5,4.误差分析 (1)偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作UI图象时描点不准确. (2)系统误差：主要原因是电压表的 作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏 一些.U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在UI坐标系中表示出来，如图6所示，可见E测 E真，r测 r真.,分流,小,图6,题型演练,一、伏安法测电动势和内阻,例1 利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差.,图7,(1)应该选择的实验电路是图7中的_(填“甲”或“乙”).,

6、甲,解析 如果用乙电路，误差来源于电流表的分压，测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分，而电流表内阻与电源内阻很接近，故电源内阻测量误差大，用甲电路，误差来源于电压表的分流，因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻，故电压表分流很小，测量引起的误差小，故选择甲电路图；,(2)现有开关和导线若干，以及以下器材： A.电流表(00.6 A) B.电流表(03 A) C.电压表(015 V) D.电压表(03 V) E.滑动变阻器(010 ) F.滑动变阻器(0500 ) 实验中电流表应选用_；电压表应选用_；滑动变阻器应选用_.(选填相应器材前的字母),A,D,E,解析 电源电动势为1.5 V，因此

7、电压表量程选择3 V，故选D； 电流表应选A； 为了使滑动变阻器滑片滑动时电流表有明显偏转，需选用最大阻值小的滑动变阻器，故选E.,选择仪器时注意掌握的原则 1.安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流. 2.精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在不超量程的前提下，尽量选用小量程的. 3.方便性原则，此原则主要针对滑动变阻器来讲，在滑动变阻器控制电路时，电路的电压、电流的变化范围要尽可能大，以便获取多组测量值.,例2 在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，所用电流表和电压表的内阻分别为0.1 和1 k，如图8为实验原理图及所需

8、器材图.,图8,(1)在图中用笔画线代替导线将器件按原理图连接成实验电路.,答案 见解析图,解析 按照实验原理图将实物图连接起来，如图甲所示.,(2)一位同学记录的6组数据见下表：,图9,试根据这些数据在图9中画出UI图象，根据图象读出电池的电动势E _V，求出电池内阻r_.(结果保留两位小数),答案 见解析图,0.71(0.690.73均可),1.46(1.451.47均可),解析 根据U、I数据，在UI坐标系中找点描迹，如图乙所示，然后连线并将直线延长，交U轴于U11.46 V，此即为电源电动势；由闭合电路欧姆定律得r 0.71 .,学科素养 本题回顾了测定电池的电动势和内阻的实验原理，用

9、图象法处理数据，这体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.在实验过程中，学生之间需要合作、交流、处理数据，体现了“实验探究”的学科素养.在实验过程中保持很好地交流、合作，准确记录数据，认真进行数据处理，这又体现了“科学态度与责任”的学科素养.,二、伏阻法测电动势和内阻,1.电路图：如图10所示,图10,由图象的斜率和截距求解.,图11,例3 (2018菏泽市高二上期末)要测量一电源的电动势E(小于3 V)和内阻r(约1 )，现有下列器材：理想电压表 (3 V和15 V两个量程)、电阻箱R(0999.9 )、定值电阻R03 、开关和导线.某同学根据所给器材设计如下的实验电路： (1)电路中定

10、值电阻R0的作用是_.,保护电源，防止短路,解析 若无R0存在，当R调节到0时，外电路短路，有烧坏电源的危险，故R0的作用是保护电源，防止短路；,(2)请根据图12甲电路，在图乙中用笔画线代替导线连接电路.,答案 见解析图,解析 如图所示，注意电压表量程选择，开关置于干路；,图12,(3)该同学调节电阻箱阻值R，读出对应的电压表示数U，得到两组数据：R12 时，U12.37 V，R24 时，U22.51 V.由这两组数据可求得电源的电动势E_V，内阻r_.(结果保留三位有效数字),2.94,解析 根据闭合电路欧姆定律，得,1.21,联立以上两式得E2.94 V，r1.21 .,三、安阻法测电动

11、势和内阻,1.电路图：如图13所示. 2.实验原理：EIRIr. 3.数据处理：,图13,由图象的斜率和截距求解.,图14,例4 一同学测量某干电池的电动势和内阻. (1)如图15所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路.请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处_；_.,开关未断开,解析 在电学实验中，连接电路时应将开关断开，电阻箱的阻值调为最大，确保实验仪器、仪表的安全.,图15,电阻箱阻值为零,(2)实验测得的电阻箱阻值R和理想电流表示数I，以及计算的 数据见下表：,图16,根据表中数据，在图16中的方格纸上作出R 关系图象. 由图象可计算出该干电池的电动势为_V (

12、结果保留三位有效数字)；内阻为_ (结果保留两位有效数字).,答案 见解析图,1.2(1.01.4均可),1.36(1.301.39均可),解析 根据闭合电路欧姆定律EI(Rr),描点连线后图象如图所示. 根据图象可知r1.2 . 图象的斜率为电动势E，,达标检测,1.(伏安法)(2018宜兴市高二期中)如图17(a)是“测定电源的电动势和内阻”的实验电路，如果采用一节新干电池进行实验，实验时会发现，当滑动变阻器在阻值较大的范围内调节时，电压表读数变化很小，为了较精确地测量该新干电池的内阻，加接一定值电阻，实验电路原理图如图(b).可用以下给定的器材和一些导线来完成实验，器材：量程3 V的理想

13、电压表V，量程0.6 A的电流表A(具有一定内阻)，定值电阻R0(R01.5 )，滑动变阻器R1(010 )，滑动变阻器R2(0200 )，开关S.,图17,1,2,3,(1)为方便实验调节且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选用_(填“R1”或“R2”)，在闭合开关前为防止电表过载，滑动变阻器触头应移至_端.(选填“左”或“右”),左,R1,1,2,3,(2)用笔画线代替导线在图(c)中完成实物连接图.,答案 如图所示,1,2,3,(3)实验中改变滑动变阻器的阻值，测出几组电流表和电压表的读数，在给出的UI坐标系中画出UI图线如图(d)所示，则该新干电池的内阻r _ .(保留两位有效数字),0

14、.29(0.250.30均可),1,2,3,2.(安阻法)(2018重庆市高二上期末)某学习小组设计了如图18甲所示的电路测量电源电动势E和内阻r.实验器材有：待测电源，电流表A(量程为0.6 A，内阻不计)，电阻箱R，开关S，导线若干.闭合S，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应电流I，由测得的数据绘出了如图乙所示的 R图线，则电源电动势E_ V，内阻r_.,1.5,图18,3.0,1,2,3,1,2,3,3.(伏安法)(2018南阳市示范高中联谊学校高二上学期第二次月考)在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图19所示的实物电路.

15、,图19,最大值,(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到_.(选填“最大值”“最小值”或“任意值”),1,2,3,(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R010 的定值电阻两端的电压U，下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是_.(选填“1”或“2”),2,1,2,3,(3)根据实验数据描点，绘出的 R图象是一条直线.若直线的斜率为k，在 坐 标轴上的截距为b，则该电源的电动势E_，内阻r_.(用k、b和R0表示),1,2,3,课时对点练,一、选择题 1.(2018滨州市高一下期末)如图1所示，在测电源电动势和内阻的实验中，闭合开关S，改变滑动变阻器的阻值，读出电压表示数U和电流表示数I，下列说

16、法正确的是 A.电压表读数U增大时电流表读数I也必定增大 B.电压表与电流表读数变化量的比值的绝对值 是滑动变阻器的电阻 C.电压表与电流表读数的比值 是电源内阻 D.电压表与电流表读数变化量的比值的绝对值 是电源内阻,1,2,3,4,5,图1,6,7,2.(多选)某学生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为020 ，连接电路的实物图如图2所示.图中接线错误或不妥的是 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.电压表接线不妥,图2,1,2,3,4,5,6,7,解析 变阻器要起到变阻作用，接入电路的两根导线一条接在上面的接线柱上，另

17、一条接在下面的接线柱上；电表接入电路，选好量程后，还应注意正、负接线柱，题图中电流表接法不对；在实验中电压表不应并联在电源两端，因为开关断开后，电压表仍有读数.,1,2,3,4,5,6,7,二、非选择题 3.在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路.,图3,答案 见解析图,(1)按图3甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来.,1,2,3,4,5,6,7,解析 电路连接如图所示.,1,2,3,4,5,6,7,(2)在图乙的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于_端(选填“A”或“B”).,A,解析 闭合开关前，滑动变阻器接入电路中的阻值应该最大，故滑片

18、应置于A端.,1,2,3,4,5,6,7,(3)如图丙是根据实验数据作出的UI图象，由图可知，电源的电动势E_ V，内阻r_ .,1.5,解析 由题图图象可知，电源电动势为1.5 V，,1.0,4.(2018潍坊市高一下期末)用如图4所示的电路测量一节干电池的电动势和内阻.除开关和导线外，可供使用的实验器材还有： 电流表(量程00.6 A,03 A) 电压表(量程03 V,015 V) 滑动变阻器R1(阻值范围020 ，额定电流2 A) 滑动变阻器R2(阻值范围0100 ，额定电流1 A) (1)为提高测量精度，电流表应选用的量程是_A，电压表应选用的量程是_V；为多测量几组数据，滑动变阻器应

19、选用_(填写滑动变阻器符号)；,00.6,图4,03,R1,1,2,3,4,5,6,7,(2)实验开始前，滑动变阻器的滑动触头P应移到_端(选填“a”或“b”)；,a,1,2,3,4,5,6,7,(3)改变滑动变阻器R的阻值，测出6组U和I的值如下表所示.其中5组数据的对应点已经标在图5中的坐标纸上，请在坐标纸上标出第二组数据的对应点，并画出UI图线.,答案 如图所示,图5,1,2,3,4,5,6,7,(4)由图象求得电池的电动势E_V，内阻r_.(保留到小数点后两位),1.45,0.84(0.810.85均可),1,2,3,4,5,6,7,5.(2018郑州市八校高二上期中)某研究小组收集了

20、两个电学元件：电阻R0(约为2 k)和手机中的锂电池(电动势E标称值为3.7 V，允许最大放电电流为100 mA).实验室备有如下器材： A.电压表V(量程3 V，电阻RV约为4.0 k) B.电流表A1(量程100 mA，电阻RA1约为5 ) C.电流表A2(量程2 mA，电阻RA2约为50 ) D.滑动变阻器R1(040 ，额定电流1 A) E.电阻箱R2(0999.9 ) F.开关S一只、导线若干,1,2,3,4,5,6,7,(1)为了测定电阻R0的阻值，小明设计了一电路，与其对应的实物图如图6，图中的电流表A应选_(选填“A1”或“A2”)，请将实物连线补充完整.,答案 实物连线如图所

21、示,A2,图6,1,2,3,4,5,6,7,(2)为测量锂电池的电动势E和内阻r，小红设计了如图7所示的电路图.根据测量数据作出 图象，如图8所示.若该图线的斜率为k，纵轴截距为b，则该锂电 池的电动势E_，内阻r_.(用k、b表示),图7,图8,1,2,3,4,5,6,7,6.小华在“测量干电池的电动势和内阻”实验中，利用了如下实验器材：一只满偏电流为100 A的表头，一只开关，两只电阻箱(0999.9 )和导线若干.,图9,1,2,3,4,5,6,7,(1)小华先将表头与图9甲中电阻箱1进行连接，将电阻箱调节至图乙所示阻值时，就可把表头改装成量程为50 mA的电流表，电阻箱接入电路的阻值为

22、_ .,5.0,解析 由题图乙可知，电阻箱接入电路的阻值为5.0 .,1,2,3,4,5,6,7,(2)用笔画线代替导线，请将图甲所示实物电路连接图补充完整.,答案 如图(a)所示,1,2,3,4,5,6,7,(3)通过改变电阻箱2的电阻R，测得相应的电流I，并且作相关计算后一并记录在下表中.,答案 如图(b)所示,请在图丙中描绘出(IR)I图线；,1,2,3,4,5,6,7,根据图线可求得电池的电动势E_ V，内阻r_ .(计算结果均保留三位有效数字),1.54(1.531.56均可),2.33(1.952.50均可),解析 由闭合电路欧姆定律可知EIRIRAIr，其中RA为改装后的电流表内

23、阻，整理得IRE(RAr)I，可知(IR)I图线与纵轴的交点为电源电动势，图象斜率的绝对值表示电流表内阻与电源内阻之和，,故改装后的电流表内阻RA5 ，将表格中数据描点、连线，,1,2,3,4,5,6,7,7.某学习小组的同学设计了如图10所示的电路来测量定值电阻R0的阻值(约为几欧到十几欧)及电源的电动势E和内阻r. 实验器材有：待测电源，待测电阻R0，电流表A(量程为0.6 A，内阻不计)，电阻箱R(099.9 )，开关S1和S2，导线若干.,图10,1,2,3,4,5,6,7,(1)先测电阻R0的阻值.请将学习小组同学的操作补充完整： 先闭合S1和S2，调节电阻箱，读出其示数R1和对应的

24、电流表示数I，然后_，读出此时电阻箱的示数R2.则电阻R0的表达式为R0_.,断开S2，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为I,R1R2,1,2,3,4,5,6,7,解析 器材中只有电流表而没有电压表，无法由伏安法求出电阻，故只能利用电阻箱得出待测电阻的阻值； 当电路中电流相同时，电阻也应相同；因此可以控制电流相等，利用电阻箱的电阻，得出待测电阻的阻值； 因此缺少的步骤应为：断开S2，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为I； 待测电阻等于两次电阻箱的示数之差，即：R0R1R2.,1,2,3,4,5,6,7,(2)同学们通过上述操作，测得电阻R09.5 ，继续测电源的电动势E和内阻r.该小组同学的做法是：闭合S1，断开S2，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电流表示数I，如下表数据：,答案 见解析图,根据图11给定的坐标系并结合以上数据描点作图.,图11,1,2,3,4,5,6,7,解析 根据表中列出的数据，求出各电阻对应的 值.,1,2,3,4,5,6,7,利用图象求出该电源的电动势E_ V，内阻r_ .(结果均保留两位有效数字),6.0,2.5,解析 由闭合电路欧姆定律可知：EI(RR0r),结合图象可知：E6.0 V，r2.5 .,1,2,3,4,5,6,7,