第二章第5节学生实验：测量电源的电动势和内阻.doc

五、学生实验：测量电源的电动势和内阻教学目标1． 通过测量电源电动势与电源内阻的分组实验，学会根据物理规律设计物理实验并进行实验操作的基本方法2． 通过实验数据的采集、分析、思考、归纳，进行逻辑思维的训练 3．会分析电表内阻对实验的系统误差的影响4．掌握测量电源电动势和内阻的其他方法及其原理重点难点重点：应用闭合电路欧姆定律测量电源的电动势和内阻难点：实验系统误差的分析设计思想 电源的电动势和内阻是电源自身的特性，本节在“实验设计”的开头即指出：电源的电动势等于断路时的路端电压，但用电压表测出的断路时的路端电压，却并不准确地等于电源的电动势；再者，测电源内阻也不可能象测导体电阻那样简单，因为电源的内电压很难直接测量，由此引出用闭合电路欧姆定律测量的方法本实验由于电表内阻会产生系统误差，有两种电路连接方法，这是本节的难点所在，可适当补充对应的误差分析教学资源 《测量电源的电动势和内阻》多媒体课件、旧干电池、滑动变阻器、开关、电压表、电流表、导线教学设计【课堂引入】问题：电源电动势和内电阻是反映电源特性的物理量，仅由电源本身决定，在电源工作时间不太长的情况下，一般认为其值是固定不变的，怎样才能准确测定这两个物理量呢？我们来学习第五节――测量电源的电动势和内阻。

课堂学习】学习活动一：实验设计问题1：从理论上说电源电动势可以通过测量断路时的路端电压而得到，但由于电压表的内阻并非无穷大，实验存在系统误差，电压表示数与电源电动势的关系如何？电压表接在电源两极间，那么电压表内有微弱的电流流过，电压表所测电压实为电源的路端电压，因电压表内阻很大，电源内阻一般较小，所以这样测出“电动势”比真实电动势略小些，存在系统误差问题2：电源的内阻能象测导体电阻一样用伏安法测量吗？ 根据伏安法测量电阻的原理，需要测量内阻的电流和内电压，电流可用电流表在外电路测得，但电源的内电压却很难测量问题3：综上所述，电源的电动势和内电阻如何才能准确测量呢？可以利用闭合电路欧姆定律来测量，根据关系式：，用电压表和电流表分别测量电源在工作时的路端电压和干路电流，从理论上说只需测出两组U、I数据即可求出电源的电动势和内阻问题4：本实验需要哪些实验器材？　　首先是待测电源（最好用旧电池，内阻会大一些）、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线，其中滑动变阻器既可充当外电路的电阻，又可以起到调节作用，得到多组实验数据学习活动二：实验操作及系统误差分析问题1：由于电压表和电流表内阻的影响，使得实验存在系统误差。

如图两种电路中，电压表和电流表测量的是真实的路端电压和干路电流吗？SAV甲SAV乙甲图中电压表所测数据为真实路端电压，但由于电压表的分流作用，使得电流表所测电流比真实干路电流偏小；乙图中电流表所电流为真实干路电流，但由于电流表的分压作用，使得电压表所测数据比真实路端电压偏小由此可见，不论哪种实验电路都存在系统误差问题2：以上两种电路所测出的电源电动势和内阻比真实值偏大还是偏小？甲电路中对应每一个U，I真>I测，当U→0时I真=I测，得到虚线所示真实图线（如图丙），由图可知甲电路E测< E真，r测< r真 乙电路中对应每一个I，U真>U测，当I→0时U真=U测，得到虚线所示真实图线（如图丁），由图可知乙电路E测= E真，r测> r真UIOE测E真图丙UIOEI测I真图丁问题3：在具体的实验中如何选择这两种电路，使得实验的系统误差更小些呢？这主要看电源的内阻大小，对于内阻较大的电源，宜用乙电路图，因为电流表的内阻一般很小，在乙电路中电流表的分压与内电压相比可忽略，相对来说误差较小；对于内阻较小的电源，由丙图可知两图线对应同一电压的电流差较小，即甲图中电压表的分流较小，相对来说误差较小。

本实验所采用的电源是干电池，内阻一般很小，所以采用甲图测量系统误差较小；内阻太小测量起来也不方便，故使用旧电池，使得内阻略大些问题4：在本实验中如何适当选取滑动变阻器的大小？　　本实验只需采用滑动变阻器的限流接法连接电路即可，由于电路中只有两个“用电器”――滑动变阻器和内阻，且它们串联，故在选择滑动变阻器时应使其总阻值与电源内阻接近，这样可使得滑动变阻器调节时电表示数变化明显，方便实验选好电路后，按照电路图连接电路，调节滑变阻器分别测出U和I，把数据记录在表格中学习活动三：数据处理问题1：如何根据测量的实验数据计算出电源电动势和内阻？从理论上讲只需测出两组实验数据，根据公式列出方程组求解即可计算出电源电动势和内阻问题2：仅靠测出的两组数据计算结果可靠吗？如何能使结果更加可靠？仅靠两组数据计算可能存在较大的偶然误差，可调节滑动变阻器测出多组实验数据，作出路端电压U随干路电流I的图象，根据图象的物理意义求解电动势和内阻这种图象是利用了多组实验数据描绘出来的，可以较大地减小偶然误差问题3：如何根据描绘的图象求解电源电动势和内阻？作出的U－I图线如图所示，图线与纵坐标的交点的物理意义即为电动势的大小，图线的斜率大小即为电源内阻。

例题：在用电流表和电压表测电池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0.1Ω和1kΩ： ⑴试在下图中画出连线将仪器连接成实验电路⑵一位同学记录的6组数据见表，试根据这些数据在坐标纸中画出U-I图线，并读出电池的电动势E= V，内阻r= Ω〖解析〗⑴连线如图⑵描出伏安特性曲线如图，由图线可求出E=1.46V r=0.72Ω学习活动四：探寻测量电源电动势和内阻的其它方法问题：在缺少电流表或电压表的情况下，如何设计实验测量电源电动势和内阻呢？　　缺少电表时一般需要给一个电阻箱（能读数），或者给两只相同的表，有以下几种情况E rVRS1、电压表和电阻箱组合 原理： SAE rR 2、电流表和电阻箱组合原理：E rA2A1RR0S 　 3、双电流表加定值电阻组合 　 原理： 可作出I1－I2函数图象求解SV1V2E r 4、双电压表组合 原理：【课堂小结】问题1：如何设计实验测量电源的电动势和内阻？问题2：电表内阻对实验测量结果有什么影响？问题3：本实验有哪些处理数据的方法？问题4：还有哪些其他测量电源电动势和内阻的方法？【板书设计】第五节 学生实验：测量电源的电动势和内阻一、 实验设计根据闭合电路欧姆定律二、 实验操作及误差分析实验的两种电路电表内阻对实验结果的影响三、 数据处理测量两组数据列方程组求解测量多组数据描绘U-I图象求解四、 测量电源电动势和内阻的其他方法1、 缺少电流表2、 缺少电压表3、 双电流表4、 双电压表课堂反馈U/VoI/A1、在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”实验中，某同学测得了七组数据（如下表）．⑴根据表中实验数据在图中作出I—U图线；从图线中得出，电源电动势E= 　 V，内电阻r= 　 Ω。

⑵若一位同学未画出图线，只选用其中两组U和I的数据，根据公式E= U1+I1r和E=U2+I2r算出E和r，这样做可能得出误差很大的结果，则他选用其中第 组和第 组数据时算得的结果误差最大2、一种供仪器使用的小型电池电动势约为9V，允许通过的最大电流为50mA，为了测量这个电池的电动势和内阻，实验室利用了图甲所示的电路，图中电压表的内阻很大，可不考虑其对电路的影响；R为电阻箱，阻值范围为0～9999，R0为保护电阻⑴实验室备用的定值电阻有以下几种规格： A．10 B．150 C． 1.2k 实验中应该选用 作为保护电阻较好(填序号)⑵在实验中，当变阻器各旋钮调到如图乙所示的位置后，闭合开关，电压表示数为9.0V，电阻箱此时的电阻为 ，通过电阻箱的电流为 mA⑶断开开关，调整电阻箱阻值，再闭合开关，读取电压表和电阻箱的示数，多次测量，取得下表中的数据．请在图丙所示的坐标中作出U一I图线，则由图线得出电池的电动势E＝ V，内阻r＝ oU/VI/mA图丙 3、某同学在实验室先后完成下面两个实验：①测定一节干电池的电动势和内电阻；②描绘小灯泡的伏安特性曲线．⑴用①实验测量得到数据作出U-I图线如图中a线，实验测得干电池电动势为　 　V，内电阻为　　 　　Ω。

⑵在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中，为减小实验误差，方便调节，请在给定的四个电路图和三个滑动变阻器中选取适当的电路或器材，并将它们的编号填在横线上应选取的电路是 ，滑动变阻器应选取 　 E．总阻值15，最大允许电流2A的滑动变阻器F．总阻值200，最大允许电流2A的滑动变阻器G．总阻值1000，最大允许电流1A的滑动变阻器⑶将实验②中得到的数据在实验①中同一U-I坐标系内描点作图，得到如图所示的图线b，如果将实验①中的电池与实验②中的小灯泡组成闭合回路，此时小灯泡的实际功率为 W若将两节与实验①中相同的干电池串联后与该小灯泡组成闭合回路，则此时小灯泡的电压为 V，实际功率为 WabE　　rAVE　　rAVA B E　　rAVE　　rAVC D参考答案：1．（1）1.46，0. 73 （2）3、5（图线略）；2． B，750，10，9.5V， 50Ω3．（1）1.5V， 0.75Ω （2）C，E （3）0.72W； 0.9V， 1.26W 。

课后测评1、测量“水果电池”的电动势和内电阻：将一铜片和一锌片分别插入同一只苹果内，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约为1.5V，可是这种电池并不能点亮额定电压为1.5V，额定电流为0.3A的手电筒上的小灯泡，原因是流过小灯泡的电流太小了，经实验测得电流约为3mA现有下列器材：待测“水果电池”电流表：满偏电流3mA，电阻约10Ω电压表：1.5V，电阻约1000Ω滑动变阻器R1：0～30Ω 滑动变阻器R2：0～3kΩ以及开关、导线等实验器材⑴本实验中应该选用哪种规格的滑动变阻器？ （填写仪器代号），并在虚线框中画出实验原理图⑵在实验中根据电压表的示数U与电流表的示数I的值，经描点、连线得到U-I图象，如图所示，根据图中所给数据，则“水果电池”的电动势与内阻分别为E= V； r= Ω⑶若不计测量中的偶然误差，用这种方法测量得出的电动势和内电阻的值与真实值相比，电动势E （填“偏大”、“相等”、“偏小”），内电阻r （填“偏大”、“相等”、“偏小”）2、某研究。