人教版 (新课标)2 电动势学案

这是一份人教版 (新课标)2 电动势学案，共8页。学案主要包含了知识整合，重难点阐释，典型例题，课堂练习等内容，欢迎下载使用。
1．实验目的：测电源的电动势和内阻。
图 1
2．实验原理：
（1）用电压表、电流表、可变电阻（如滑动变阻器）测量。如图1所示：
测出两组_______值，就能算出电动势和内阻。
原理公式：_____________
（2）用电流表、电阻箱测量。如图2所示：
图2
测出两组_______值，就能算出电动势和内阻。
原理公式：_____________
（3）用电压表、电阻箱测量。如图3所示：
测出两组_______值，就能算出电动势和内阻。
图3
原理公式：_____________
这几种方法均可测量，下面我们以图1所示的方法介绍实验步骤和实验数据的处理方法。
3．实验器材：
电池（待测电源）、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线，坐标纸。
4．实验步骤：
（1）确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好。
（2）把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。
（3）闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组I、U值。
（4）断开电键，整理好器材。
（5）数据处理：在坐标纸上作U－I图，求出E、r
5．注意事项：
（1）实验电路图：安培表和滑动变阻器串联后与伏特表并联。
（2）测量误差：E、r测量值均小于真实值。
（3）安培表一般选0－0.6A档，伏特表一般选0－3V档。
（4）电流不能过大，一般小于0.5A。
【重难点阐释】
实验数据的处理是本实验中的一个难点。原则上，利用两组数据便可得到结果，但这样做误差会比较大，为此，我们可以多测几组求平均，也可以将数据描在图上，利用图线解决问题。
利用图线处理数据时，要明确：
（1）图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流强度I增大时，路端电压U将随之减小，U与I成线性关系，U=E-Ir。也就是说它所反映的是电源的性质，所以也叫电源的外特性曲线。
（2）电阻的伏安特性曲线中，U与I成正比，前提是R保持一定，而这里的U-I图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R的变化，才有I和U的变化。
实验中至少得到5组以上实验数据，画在图上拟合出一条直线。要求：使多数点落在直线上，并且分布在直线两侧的数据点的个数要大致相等，这样，可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。
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。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。
说明：①两个截距点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推得到的。
②由于r一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r时选取直线上相距较远的两点求得。
【典型例题】
例1：在测一节干电池（电动势约为1.5V，内阻约为2Ω）的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选：A电压表量程为15V，B电压表量程为3V，A变阻器为（20Ω，3A），B变阻器为（500Ω，0.2A）。
电压表应该选 （填A或B），这是因为 。
变阻器应该选 （填A或B），这是因为 。
例2：如图图中R为已知电阻，Rx为待测电阻，K1为单刀单掷开关，K2为单刀双掷开关，V为电压表（内阻极大），E为电源（内阻不可忽略）。现用图中电路测量电源电动势E及电阻Rx。
（1）写出操作步骤：
（2）由R及测得的量，可得E= ，Rx= 。
例3：测量电源B的电动势E及内阻r（E约为4.5V，r约为1.5Ω）。
器材：量程3V的理想电压表V，量程0.5A的电流表A（具有一定内阻），固定电阻R=4Ω，滑线变阻器R/，电键K，导线若干。
①画出试验电路原理图。图中的元件需要用题目中给出的符号或字母标出。
②实验中，当电流表读数I1时，电压表读数为U1；当电流表读数I2时，电压表读数为U2。则可以求出E= ，r= （用I1、I2、U1、U2及R表示）
【课堂练习】
1．在“伏安法测干电池的电动势和电阻”实验中，通过改变滑动变阻器电阻大小，测量并记录多阻端电压和相应电流值，某同学的实验数据如下表所示，与预想的实验结果不一致。由试验数据来分析，他所连接的电路可能是下列电路图中的 （ ）
2．某同学利用如图（1）所示电路测定电源的电动势和内阻．实验中电表内阻对实验结果的影响很小，均可以忽略不计．闭合电键S后，变阻器的滑片P由变阻器的一端滑到另一端的过程中，两电压表示数随电流表示数变化情况分别如图（2）的U-I图象中直线a、b所示．
SHAPE \* MERGEFORMAT （1）若滑片P由变阻器的一端滑到另一端的过程中，电压表的示数一直增大，可知滑动端P由_____端滑到_______端；（用电路图中的字母表示）
（2）用画线代表导线，将上面实物图中各元件按图（1）连接成实验电路；
（3）通过分析可知，其中图（2）中图线_______（填a或b）表示电压表示数随电流表A示数变化关系；
（4）根据U－I图象中坐标轴所标出的数据，可以求出电源电动势E＝________，内阻r＝___________（用图中给出的坐标值表示）．
（2）
图9
（2）
3．用电流表和电压表测二节干电池的电动势E和内电阻r，读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上，如图甲所示。
乙
（1）根据各点表示的数据在图上描出U—I图线。由此求得：E=______V，r=______Ω。（均保留二位有效数字）。
（2）把图乙的实验器材连成实验开始时的线路。
4． 用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r。所给的器材有：
A．电压表V：0～3～15V
B．电流表A：0～0.6～3A
C．变阻器R1（总电阻20Ω）
D．变阻器R2（总电阻100Ω） 以及电键S和导线若干。
（1）画出实验电路图。（标明变阻器规格）
（2）图的U－I图上是由实验测得的7组数据标出的点。请你完成图线，并由图线求出E= V，r= Ω。
（3）若只选用两组数据，用欧姆定律算出E、r，有可能误差较大，若选用第 和第 组数据误差最大。
5．（04，宣武区）在利用伏安法测定电池的电动势和内电阻的实验中，某同学的实际连线图，如图a所示。（电流表A：0～0.6～3A，电压表V：0～3～15V）
图a
图b
（1）经仔细检查、诊断知，该图中有两处不太合理的连线那么，这两处不太合理的连线对应的编号是 。
（2）若利用改正后的正确的连线图，实验后，测得数据，并画出电源的输出特性图像（U—I图）如图b。则该电源的电动势为 ，电源内阻为 。
6．（05，文普春） （1）通常用的游标卡尺，在游标尺上有20个小等分刻度，它们的总长度为19mm，它的每一分度与主尺的最小分度1mm相差mm。如图所示为用20分度的卡尺测量一金属钢笔杆某处的直径的示数，则钢笔杆此处的直径为 mm。
（2）将一铜片和一锌片分别插入一个苹果内，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手筒上额定电压为1.5V、额定电流为0.3A的小灯泡，原因是通过小灯泡的电流太小了，经实验测得还不足3mA。现使用量程合适的电压表、电流表以及滑动变阻器、开关、导线等实验器材，尽量精确地测定“水果电池”的电动势和内阻．
①请画出应采用的电路原理。
②滑动变阻器有两种规格：A（0～10Ω）、B（0～3kΩ）。实验中应该选用哪种规格的滑动变阻器?为什么?
答： 。
③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、连线得到的U一I图象如图所示。根据图中所给数据，得到“水果电池”的电动势和内阻分别为E=____V，r=___Ω。
7．在测定电源电动势和内阻的实验中某同学所用电路图如图（1）和测得的数据如下：
图（1）
0.20
0
1.00
U/V
I/A
1.50
图（2）
⑴实验误差分系统误差和偶然误差两种。该实验的系统误差主要是由________________________引起的。用画U-I图线求电动势和内阻的优点在于可以尽量减小实验的_______误差。
⑵在图（2）给出的U－I坐标系中用给出的数据画出U－I图线（横、纵坐标的起点已经规定好），从图象中可以发现该同学记录的第____组数据有误。
⑶求得电动势E=____V，内阻r=___Ω．（均保留2位有效数字）。
8．为了测一节干电池的电动势和内阻，现准备了下列器材：
①待测干电池（电动势约1.5V，内阻约1.0Ω）
②电流表G（满偏电流3.0mA内阻10Ω）
③安培表A（量程0～0.6A，内阻约为0.5Ω）
④滑动电阻器R1（0～20Ω，10A）
⑤滑动电阻器R2（0～100Ω，1A）
⑥定值电阻R3=990Ω
⑦开关和导线若干
（1）为了能准确进行测量，也为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是 。
（2）请画出实验原理图。
（3）如图为某同学根据正确的电路图做出的I1－I2图线（I1为电流表的示数，I2为安培表的示数），由该图线可得被测干电池的电动势E=____V，内阻r=___Ω。
参考答案
例1：解析 电动势为1.5V，而A电压表量程为15 V，若用A则很难精确读数，误差太大。B变阻器电阻太大而额定电流过小，调节不方便。
答案：B 、A电压表量程过大，读数误差较大；A 、B变阻器额定电流过小，调节不方便。
例2：解析 本题主要考查电路的连线，和电路的识别，电路结构的熟练程度。
答案：（1）①K1断开，K2接到a端，记下电压表的读数U1
②K2接到a端，K1闭合，记下电压表的读数U2
③K1仍闭合，K2接到b端，记下电压表的读数U3
（2）U1；Rx=
例3：解析 固定电阻器保护电阻作用，滑动电阻器用限流接法就可以，原理图如图所示。根据闭合电路的欧姆定律可得 E= U1+I1（r+R） E= U2+I2（r+R）
解得E=，r=－R
答案：①如图
②E=，r=－R
课堂练习：
1． B
2．答案：（1）d，c； （2）如图连接；（3）a；
解析：（1）由原理图可知电压表的示数一直增大，说明电路中总电流增大，故滑片由d到c；（3）路端电压随电路中电流增大而减小，故a图表示电压表示数随电流表A示数变化关系。
3．答案：（1） ε=2.96～2.98V，
r=0.94～0.96Ω （2）见右图
解析：（1）E=Ir+U I→0 ，V→ε
tgα= r 如图图10－5－3所示。
所以E=2.96～2.98V，r=0.94～0.96Ω
（2）连线要注意上柱，注意标的正负极和量程要正确。
4．答案：（1）实验电路如图（a）所示
（2）做图线为直线，如图（b）所示；
由图线可得E=1.5V，r=0.5Ω
5．（1）③、⑤
（2）3V；2Ω
6．（1）10.55
（2）①如图
②应选0～10Ω的，因为滑动变阻器阻值太大不便调节。
③1.49；0.50
0.20
0
1.00
U/V
I/A
1.50
7．（1）电压表的分流；偶然
（2）描点如图；3
（3）1.5 1.8
8．答案：（1）④
（2）电路图如图所示。
（3）1.47 ；0.74
U/V
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
I/A
0.18
0.21
0.25
0.27
0.30
0.33
1
2
3
4
5
6
U/V
1.42
1.36
1.08
1.21
1.14
1.07
I/A
0.04
0.08
0.12
0.16
0.20
0.24