高中物理 第4章 闭合电路欧姆定律与科学用电 第2节 科学测量：电源的电动势和内阻教案 鲁科版必修第三册-鲁科版高二第三册物理教案VIP免费

第2节科学测量：电源的电动势和内阻核心素养物理观念科学思维能根据图像对相关问题进行分析推理；能用与闭合电路相关的证据说明结论并作出解释。能提出并准确表述在实验中可能遇到的物理问题；能在他人指导下制订实验方案，设计实验步骤，能用电流表和电压表等实验器材进行实验，能注意实验安全；会用作图方法分析实验数据，测得电源的电动势和内阻；能撰写完整的实验报告，在报告中能呈现设计的实验步骤、实验表格，以及数据分析过程和实验结论，能有针对性地反思交流过程与结果。注意提升实验操作能力、数据分析与解释能力。一、实验目的(1)测量电源的电动势和内阻。(2)学习通过计算和作图分析处理实验数据。二、实验器材电流表、电压表、滑动变阻器、待测干电池、开关、导线等。三、实验原理与设计利用闭合电路欧姆定律来测量并计算与分析，电路图如图所示。通过改变滑动变阻器的阻值改变电路状态，电路中的电压、电流均发生变化，用电压表和电流表测量出U和I的两组数据，列出两个方程，E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r进而求解出电动势E和内阻r，E＝，r＝。四、实验步骤1.电流表用0～0.6A量程，电压表用0～3V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，使其接入电路的阻值最大。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U、I值。4.断开开关，整理好器材。5.处理数据，用公式法和作图法求出电源的电动势和内阻。五、数据分析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图像法(1)本实验中，为了减小实验误差，一般用图像法处理实验数据，即根据多次测出的U、I值，作U－I图像；(2)将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就是电源电动势E；(3)横轴截距点(路端电压U＝0)意味着短路情况，它的数值就是短路电流I短＝；(4)图线斜率的绝对值即电源的内阻r，即r＝＝，如图所示。六、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U－I图线时描点不准确。2.系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些。由E＝U＋Ir知，电动势的测量值偏小；实验测的内阻实际上是电压表与电源内阻的等效值，所以测算的内阻也偏小，即E测＜E真，r测＜r真。七、注意事项1.为使干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，作图像时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始。如图所示，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。[试题案例]一、实验原理和数据处理[例1]在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中。(1)备有如下器材A.干电池1节B.滑动变阻器(0～20Ω)C.滑动变阻器(0～1kΩ)D.电压表(0～3V)E.电流表(0～0.6A)F.电流表(0～3A)G.开关、导线若干其中滑动变阻器应选________，电流表应选________。(只填器材前的序号)(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图像如图所示，由图像可得电池的电动势为________V，内阻为________Ω。(4)写出该实验误差产生的原因：________________；电动势的测量值__________真实值，内阻的测量值________真实值。(填“大于”“等于”或“小于”)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，在该实验中因干电池内阻比较小，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最大电流，对于干电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5A，故需要选择0～0.6A，所以电流表应选E。(2)电路图如图所示。(3)由U－I图像可知：纵截距为1.5V，故干电池的电动势为1.5V；内阻r＝＝Ω＝1Ω。(4)由于电压表的分流作用...