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测定电源电动势和内阻导学案

作者:钱志方 来源: 发布时间:2010-10-23 09:24:58
 

第九节  实验:测定电源电动势和内阻 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。

自主学习

1.闭合电路欧姆定律的内容                                                             

2.测定电源的电动势和内阻的实验原来就是闭合电路欧姆定律,对于一个给定的电池,电动势和内阻是一定的,由闭合电路欧姆定律可以写出电源电动势E、内电阻r与路端电压U、电流I 的关系式,为               。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,可以写出电源电动势E、内电阻r与电路电流I 、电路外电阻

R的关系式,为               。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。

4. 根据闭合电路欧姆定律,可以写出电源电动势E、内电阻r与路端电压U 、电路外电阻R的关系式,为               。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。

同步导学

用伏安法测电源电动势和内电阻时应注意:

1)应选用内阻大一些(用过一段时间)的干电池,在本实验中不要把电流调得过大,每次读完示数后立即断电。

2)在画U-I图象时,要使较多的点落在这条直线上,或使各点均匀分布在直线的两侧。个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样,就可以使偶然误差得到部分抵消,从而提高精确度。

3)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图线时,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)。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流,不过直线斜率的大小照样还是电源的内电阻。

1 在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中,所用电流表和电压表的内阻分别为0.1Ω1kΩ.下面分别为实验原理图及所需的器件图.

 

1.试在下图中画出连线,将器件按原理图连接成实验电路.

 

 

 

 

2)一位同学记录的6组数据见表.试根据这些数据在下图中画出U-I图线.根据图象读出电池的电动势E=       V,根据图象求出电池内阻r=         Ω.

I(A)

0.12

0.20

0.31

0.32

0.50

0.57

U(V)

1.37

1.32

1.24

1.18

1.10

1.05

解析:(1)按照实物原理图将实物连接如图。

2)根据表格中UI数据,在方格纸U-I坐标上找点描迹如图,连直线时第四组数据(0.32A,1.18V)标出的点应该舍去不顾,然后将直线延长,交U轴于U1=1.46V1.441.48也对),此即为电源电动势;交I轴于I=0.64A,注意此时U2=1.00V,由闭合电路欧姆定律得 。测得 0.670.77也对)。

解答:

解答如图.E=1.46±0.02Vr=0.72±0.05Ω.

2 用一只电流表和一只电压表测电池电动势和内电阻的实验电路有如图所示的甲、乙两种,采用甲图测定Er时产生的系统误差主要是由于        ;采用乙图测定Er时产生的系统误差主要是由于        ,为了减小上述系统误差,当R远小于RV时,应采用         电路。

解析:采用甲图时系统误差主要是由于电压表分流,这时电流表的示数比干路电流小;采用乙图时系统误差主要是由于电流表分压,这时电压表的示数比路端电压小;当R远小于RV时,应采用图甲电路

3 有两只电压表AB,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、开关和一些连接用的导线,能通过测量计算这节电池的电动势(已知电动势不超出电压表的量程,干电池不许拆开).

(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: 测量电路如图所示.

设电压表的内阻为RARB,电池的电动势为E,内阻为r.

先将电压表A串联接入电路中,记下其示数UA.根据欧姆定律,有

E=UA                                                           ①

然后,将电压表AB同时串联接入电路中,记下两表的示数UAUB,同理又有

E=UAU                                                    ②

等效为一个未知量,从式中消去,所以电源电动势为

E=

 

 

同步检测

1.在《测定电池的电动势和内电阻》的实验中,待测电池、开关和导线配合下列哪些仪器.可以达到测定目的(    )

A.一只电流表和一只滑动变阻器

B.一只电流表和一只电压表

C.一只电流表和一只电阻箱

D.一只电压表和一只电阻箱

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,其中既减小偶然误差,又直观、简便的方法是( 

  A.测出两组IU的数据,代入方程组E=U1+I1rE=U2+I2r中,即可求出Er

  B.多测几组IU的数据,求出几组Er,最后分别求出其平均值

  C.测出多组IU的数据,画出U—I图像,再根据图像求Er

  D.多测出几组IU数据,分别求出IU的平均值,用电压表测出开路时的路端电压即为电压势E,再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r

3.现有器材:量程为10.0mA、内阻约30 -40 的电流表一个,定值电阻R1=150 ,定值电阻R2=100 ,单刀单掷开关S,导线若干。要求利用这些器材测量一干电池(电动势约1.5V)的电动势。

1)按要求在实物图上连线。

2)用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表达式为E=   ,式中各直接测得量的意义是:                .

 

 

 

 

               

参考答案

自主学习

1、闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电子成反比。

2    

3  

4

同步检测

1CD  2C    

3、(1)连图:左图只用R1接入电路;右图用R1R2串联接入电路。  

2  R2     I1是外电阻为R1时的电流,I2是外电阻为R1R2串联时的电流

 

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