1、 10.实验：测定电池的电动势和内阻 10.实验：测定电池的电动势和内阻 10.实验：测定电池的电动势和内阻 教学目标 教学目标了解并掌握测定电池的电动势和内阻的原理和实验方法10.实验：测定电池的电动势和内阻 重点难点 重点难点【重点】掌握实验原理和方法，学会处理实验数据【难点】用图像法处理实验数据10.实验：测定电池的电动势和内阻 教学建议 教学建议“实验：测定电池的电动势和内阻”是人教版高中物理选修31第二章第十节的内容，它是闭合电路欧姆定律的深化和实际应用，通过本节课的学习，既能巩固学生电学问题的分析思路，加深对闭合电路欧姆定律的理解，又能激发学生的学习兴趣，培养学生合作、探究、交流能
2、力，具有很重要的实际意义，建议教学过程中利用分组实验法和讲解法.10.实验：测定电池的电动势和内阻 新课导入 新课导入【导入一】引入新课教师：我们已经学习了闭合电路的欧姆定律，请大家写出有关的公式学生：回忆并写出闭合电路欧姆定律的公式教师：这节课我们就根据闭合电路的欧姆定律来测量电池的电动势和内阻10.实验：测定电池的电动势和内阻 新课导入【导入二】随身听用干电池当电源，连续几个小时地播放磁带，音质就会发生明显的改变，节奏变慢、音调变低，也就是说电池不能用了；但改听收音机时，仍能正常收听，这是为什么呢？播放磁带时，耗电量比较大，连续几个小时地播放，电池内阻变得比较大，导致路端电压变小，达不到播
3、放磁带的供电电压，也就无法正常工作了；当改听收音机时，因为收音机的工作电流很小，虽然电池的内阻变大了，但内电压很小，路端电压仍能满足收音机的工作电压，所以收音机能正常收听如何测定电池的电动势和内阻呢？10.实验：测定电池的电动势和内阻 学习互动 学习互动【实验目的】1掌握用电压表和电流表测定电池的电动势和内阻的方法2学习用UI图像处理实验数据的方法3会分析应用电阻箱和电表测定电池的电动势和内阻的方法【实验原理】实验电路如图2101甲所示，对外电路来说，电流表采用_，这样才能保证电动 势 和 内 阻 的 测 量 误 差 都 较 小 改 变_，测出几组I、U的数据，利用图乙所示的图像法即可求出电动
4、势E和内阻r.图2101“内接法”R的阻值10.实验：测定电池的电动势和内阻 学习互动 【实验器材】电压表、电流表、_、电池、开关、坐标纸和导线 想一想 现在有一节干电池，想要测出它的电动势和内阻，你需要什么仪器？采用什么样的电路图？原理是什么？滑动变阻器10.实验：测定电池的电动势和内阻 学习互动 测定电源的电动势和内阻时应注意：1在选用电池时，应选用内阻较大的电池，可以选用已经使用一段较长时间的1号电池，这样电池的路端电压才有较大的变化 2实验过程中电路中的电流不要调得过大，读电表示数时要快，读完后立即断电因为电池以较大电流放电时，极化现象较为严重，电动势明显下降，内阻明显增大 3测量U、
5、I数据不能少于6组，并且变化范围要大些 4在作UI图像时，要根据测量数据选取合适的坐标值，有时U轴的坐标值要从某一恰当 的 值 开 始，I 轴 的 坐 标 值 必 须 从 零 开始在作图时，要使较多的点落在直线上，不落在直线上的点要均匀分布在直线的两侧10.实验：测定电池的电动势和内阻 学习互动 【实验步骤】1按实验电路图连接实物图，电流表用_量程，电压表用3 V量程；2把变阻器的滑片移到使阻值_的一端；3闭合开关，调节变阻器使电流表有明显的示数，记录多组I、U数据；4处理数据：用公式法和作图法求出电源的电动势和内阻【实验数据的处理】想一想 测电动势和内阻的数据处理方法有哪些？误差结果如何？0
6、.6 A 最大10.实验：测定电池的电动势和内阻 学习互动 1公式法：根据闭合电路的欧姆定律，由两次测量列方程为E测U1I1rE测U2I2r，解得 E测I2U1I1U2I2I1，r测U1U2I2I1.考虑电压表的分流影响，并设电压表的内阻为 RV，有EU1I1U1RV rEU2I2U2RV r，解得 EI2U1I1U2（I2I1）U1U2RV，rU1U2（I2I1）U1U2RV，比较得 E测E，r 测r.10.实验：测定电池的电动势和内阻 学习互动 2图像法：路端电压 UEIr，画出电源的 U-I 测量图线和真实图线如图所示测量图线为实线 AB，真实图线为虚线 AB.由图线可以看出 r 和 E
7、 的测量值都小于真实值，即 r 测r 真，E 测E真10.实验：测定电池的电动势和内阻 学习互动【实验的创新】想一想 如果只有一个电表，如何测电动势和内阻？应用图像处理数据，怎样得到电动势和内阻？10.实验：测定电池的电动势和内阻 学习互动 图像法测量方案电路图函数式图像特征值“欧安”法RE1Ir斜率：E截距：r“伏欧”法1UrE1R1E斜率：rE截距：1E10.实验：测定电池的电动势和内阻 学习互动 1在测定电源的电动势和内阻的实验中，除待测电源(E，r)、足够的连接导线外，实验室仅提供两只量程合适的电压表V1、V2(V1的内阻为R1)和一只单刀双掷开关S.(1)请画出实验原理图；(2)写出
8、用测量值表示的电源的电动势E和内阻r的表达式，并注明式中各量的含义备用习题10.实验：测定电池的电动势和内阻 备用习题 10.实验：测定电池的电动势和内阻 备用习题 答案(1)如图所示(2)E U0U2U0U1，rU1U2U0U0U1R1，式中 U0 为开关 S 与 1 接触时电压表 V1 的示数，U1、U2 分别为开关 S 与 2 接触时电压表V1、V2 的示数，R1 为电压表 V1 的内阻10.实验：测定电池的电动势和内阻 备用习题 解析 依据题意可知，电压表 V1 的内阻已知，则可由电流电压变换法，用 V1 测出通过它的电流，设计的实验电路原理图如图所示设当开关 S 与 1 接触时，电压
9、表 V1 的读数为 U0；当开关 S 与2 接触时，电压表 V1、V2 的读数分别为 U1、U2.由欧姆定律 EI(Rr)，即有 U0EU0R1r，U1U2EU1R1r，可得 EU0U2U0U1，rU1U2U0U0U1R1.10.实验：测定电池的电动势和内阻 备用习题 2现有一电动势E约为9 V，内阻r约为40 的电源，最大额定电流为50 mA.现有量程为3 V、内阻为2 k的电压表和阻值为0999.9 的电阻箱各一只，另有若干定值电阻、开关和导线等器材为测定该电源的电动势和内阻，某同学设计了如图所示的电路进行实验，请回答下列问题10.实验：测定电池的电动势和内阻 备用习题 (1)实验室备有以
10、下几种规格的定值电阻R0，实验中应选用的定值电阻是_ A200 B2 k C4 k D10 k(2)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”)，目的是：_(3)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数根据记录的多组数据，作出如图所示的图线根据该图线可求得电源的电动势E_V，内阻r_.(保留两位有效数字)10.实验：测定电池的电动势和内阻 备用习题 答案(1)C(2)最大值 保证电源的安全(3)8.6 36解析(1)电压表的量程太小，需串联改装，串联的电阻 R 串931 2 k 4 k，选项 C 正确；(2)
11、为保证电源的安全，实验时，应先将电阻箱的电阻调到最大值；10.实验：测定电池的电动势和内阻 备用习题(3)由闭合电路欧姆定律，EU URVR0URVUUR0RVRr，化简整理得1U 1E 1R0RV rRV 1R 1E rR0RVr，斜 率 1E rR0RVr 0.450.358103，截距1E1R0RV rRV 0.35，将 RV2 k，R04 k 代入算得 E8.6 V、r36 .10.实验：测定电池的电动势和内阻 备用习题 3为了测定一节旧干电池的电动势和内阻(内阻偏大)，配备的器材有：A电流表A(量程为0.6 A)B电压表V(量程为1 V，内阻为1.2 k)C滑动变阻器R1(010，1
12、 A)D电阻箱R2(09999.9)某实验小组设计了如图所示的电路10.实验：测定电池的电动势和内阻 备用习题 (1)实验中将量程为1 V的电压表的量程扩大为2 V，电阻箱R2的取值应为_k.(2)利用上述实验电路进行实验，测出多组改装后的电压表读数U与对应的电流表读数I，并作出UI图像如图所示由图像可知，干电 池 的 电 动 势 E _V，内 阻 r _.10.实验：测定电池的电动势和内阻 备用习题 答案(1)1.2(2)1.60 2.75解析(1)当改装后的电压表达到满量程 2 V 时，原电压表满偏1 V，分压电阻分压 1 V，所以分压电阻的阻值应等于电压表内阻 1.2 k.(2)UI 图
13、像在纵轴上的截距等于干电池的电动势 1.60 V，图线的斜率的绝对值等于干电池的内阻 r U I 1.600.500.40 2.75 .1(误差分析)(多选)在用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，下列说法中错误的是()A应选用旧的干电池作为被测电源，以使电压表读数变化明显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使滑动变阻器阻值尽量大一些，测量误差才小自我检测10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测 BD 解析 在伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表，滑动变阻器阻值不能太大，如果太大不便于调节10
14、.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测 2(数据处理)(多选)图2102为某同学做“测量一新型电池的电动势和内阻”的实验时得到的UI图像根据该图像判断，下列说法正确的是()图2102 A该电池的电动势是20 V B该电池的内阻是10 C该电池的短路电流是0.8 A D该电池与灯泡L(10 V 5 W)串联10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测 AD 解析 由于图线在纵轴上的截距等于该电池的电动势，故选项 A 正确；图线的斜率的绝对值的大小等于该电池的内阻，即 r20 ，选项 B 错误；图线与横轴的交点对应的路端电压值为零，此时为短路状态，截距即等于该电池的短路电流 1.0 A，选项 C
15、 错误；灯泡 L 正常工作时的电阻 RU2P 1025 20 ，与该电池的内阻相等，所以电池与该灯泡串联后，灯泡和该电池内阻各分得 10 V 电压，灯泡能正常发光，选项 D 正确10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测 3(综合应用)用如图2103所示的电路测量电源的电动势E和内阻r.图2103 提供的器材有：保护电阻R0(准确阻值是50)、电阻箱R1(0100)、电阻箱R2(0200)、电源(电动势约1.5 V，内阻约1)、单刀单掷开关S1和单刀双掷开关S2、导线若干供选择的器材有：电流表A1(量程6 mA)、电流表A2(量程60 mA)、电流表A3(量程0.6A)10.实验：测定电池的
16、电动势和内阻 自我检测 (1)电流表应该选_(2)实验操作步骤是：闭合开关S1，电阻箱R1选取合适的阻值，_，读取并记录_；电阻箱R2选取合适的阻值，保持开关S1闭合，_，读取并记录_(明确写出读取并记录的物理量的名称和符号)(3)电动势表达式E_，内阻表达式R_用已知和(2)中读取并记录的物理量的符号表示10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测(1)A2(2)开关 S2 拨至接线柱 1 电阻箱 R1 的阻值和电流表的示数 I1 开关 S2 拨至接线柱 2 电阻箱 R2 的阻值和电流表的示数I2(3)I1I2（R1R2）I2I1 I1R1I2R2I2I1R0解析(1)闭合开关 S1 和 S
17、2 后，电路中的最大电流约为：I ER01.550 A0.03 A30 mA，电路中最小电流约为 IER0200 1.5250 A6 mA，电流表选取 A2.10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测(2)开关 S2 拨至接线柱 1，读取电阻箱 R1 的阻值和电流表的示数I1；保持开关 S1 闭合，然后把开关 S2 拨至接线柱 2，读取电阻箱R2 的阻值和电流表的示数 I2.(3)由闭合电路欧姆定律，开关 S2 拨至 1，有：EI1(R0R1r)；开 关 S2 拨 至 2，有：E I2(R0 R2 r)联 立 解 得 E I1I2（R1R2）I2I1，rI1R1I2R2I2I1R0.10.实
18、验：测定电池的电动势和内阻 自我检测 4(综合应用)用如图2104甲所示的实验电路测定两节干电池串联时的电动势和内阻 图210410.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测 (1)在 实 验 过 程 中 调 节 滑 动 变 阻 器，_表读数变化大，而_表读数变化小(2)在坐标纸上以电流I为横坐标、路端电压U为纵坐标，两个实验小组把测出的几组I、U值画在UI图像上，如图乙所示对比可以看出，图线1描述的电池为_(选填“新电池”或“旧电池”)为了改善图线1达到图线2的效果，应将_串联一个定值电阻10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测(1)电流 电压(2)新电池 电池解析(1)本题实验采用的是电
19、流表内接法，在实验过程中调节滑动变阻器时，改变外电阻的大小，从而使电流发生变化，由于电池的内阻很小，即路端电压远大于电池内电压，因此电压表示数基本不变，所以，电流表读数变化大，而电压表读数变化小(2)由于新电池的内阻更小，故应是 U-I 图中直线斜率的绝对值更小的图线 1.为了改善图线 1 达到图线 2 的效果，应将电池串联一个小电阻 R0，把此电阻看成是电源内阻的一部分，即增大了电源的内阻，在 U-I 图中图线斜率的绝对值会更大10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测 5(实验原理)在“测定一节干电池(电动势约为1.5 V，内阻约为2)的电动势和内阻”的实验中，滑动变阻器和电压表各有两个
20、可供选择：甲电压表的量程为15 V，乙电压表的量程为3 V；甲滑动变阻器的规格为“20 3 A”，乙滑动变阻器的规格为“500 0.2 A”(1)电压表应该选_(选填“甲”或“乙”)，这是因为_(2)滑动变阻器应该选_(选填“甲”或“乙”)，这是因为_10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测 (1)乙 电压表的量程适中(2)甲 乙滑动变阻器的额定电流过小且调节不便 解析 电压表应选乙，乙电压表的量程为3V，比较合适甲电压表的量程为15 V，量程过大，在读数时误差较大 在此实验中，滑动变阻器采用限流式接法，同时要求滑动变阻器的阻值范围小且额定电流要大，因此应选甲滑动变阻器乙滑动变阻器的额定电
21、流过小且调节不便10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测 6(数据处理)用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r，所用电路如图2105甲所示，一位同学测得的六组数据如下表所示(1)试根据这些数据在图乙中作出UI图线组别123456电流I/A0.120.200.310.340.500.57电压U/V1.371.321.241.181.101.0510.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测 图2105(2)根 据 图 线 求 出 电 池 的 电 动 势 E _V，电池的内阻r_.10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测(1)如图所示(2)1.45 0.69解析 本题考查用作图法处理实验
22、数据的能力作图线时应使尽可能多的点落在直线上，个别偏离太大的点应舍去，图像如图所示由图线与纵轴的交点可得电池的电动势 E1.45 V，再读出图线与横轴交点的坐标(0.65 A，1.00 V)，由 EUIr得 rEUI0.69 .10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测 7(综合应用)甲同学设计了如图2106所示的电路测电源的电动势E及电阻R1和R2的阻值实验器材有：待测电源E(不计内阻)，待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V(量程为1.5 V，内阻很大)，电阻箱R(099.99)，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干 图210610.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测(1)先测
23、电阻 R1 的阻值请将甲同学的操作补充完整：闭合 S1，将 S2 切换到 a，调节电阻箱，读出其示数 R 和对应的电压表的示数 U1，保持电阻箱的示数不变，_，读出电压表的示数 U2，则电阻 R1 的表达式为 R1_.(2)甲同学已经测得电阻 R14.8 ，继续测电源的电动势 E和电阻 R2 的阻值该同学的做法是：闭合 S1，将 S2 切换到 a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数 R 和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图 2-10-7 所示的1U 1R图像，则电源的电动势 E_V，电阻 R2_.10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测 图 2-10-7(3)利用甲同学设计的电路
24、和测得的电阻 R1，乙同学测电源的电动势 E 和电阻 R2 的阻值的做法是：闭合 S1，将 S2 切换到 b，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱的示数 R 和对应的电压表的示数 U，由测得的数据，绘出了相应的1U 1RR1图线，根据图线得到电源电动势 E 和电阻 R2.这种做法与甲同学的做法比较，由于电压表测得的数据范围_(选填“较大”“较小”或“相同”)，所以_同学的做法更恰当些10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测(1)将 S2 切换到 b U2U1U1R(2)107 1.2(3)较小 甲解析(1)电压表内阻很大，可以认为是断路，对电路没有影响将 S2 切换到 a 时，电压表测量的是电阻
25、箱两端的电压，根据电阻箱的阻值，可以计算出通过 R1 的电流将 S2 切换到b 时，就可以测量电阻箱和 R1 两端的总电压，根据欧姆定律，可以计算出总电阻，减去电阻箱的电阻后，就是电阻 R1 的阻值根据欧姆定律有 U1IR，U2I(RR1)，整理得 R1U2U1U1R.10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测(2)根据闭合电路的欧姆定律，有 EUUR(R1R2)，整理得 1U1ER1R2E1R，则图线与纵轴的交点表示电源的电动势的倒数，所以 E107 V由 kR1R2E可得 R1R26 ，所以 R21.2 .(3)根据甲同学的实验数据，乙同学实验时电压表的示数的最小值为电源电动势的五分之四，得到的电压数据范围小，误差大，所以甲同学的做法更恰当些10.实验：测定电池的电动势和内阻 自我检测