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粤教版 (2019)必修 第三册第三节 测量电源的电动势和内阻说课课件ppt
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这是一份粤教版 (2019)必修 第三册第三节 测量电源的电动势和内阻说课课件ppt，共51页。PPT课件主要包含了内容索引，课前篇自主预习，课堂篇探究学习，学习目标，思维导图，3如图所示等内容，欢迎下载使用。
1.掌握测量电源的电动势和内阻的实验原理和实验方法.(科学探究)2.学习用图像法处理实验数据.(科学探究)3.会对测量误差进行探究,了解测量中减小误差的方法.(科学探究)
【必备知识】一、实验原理实验电路如图所示,根据闭合电路的欧姆定律,改变R的阻值,测出两组U、I的值,根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程:
二、实验器材待测电池、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线.三、实验步骤1.选定电流表、电压表的量程,按照电路图把器材连接好.2.把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端.
3.闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,读出电压表示数U和电流表示数I,并填入事先绘制好的表格.
4.多次改变滑片的位置,读出对应的多组数据,并一一填入表中.5.断开开关,整理好器材.
四、数据处理1.公式法把测量的几组数据分别代入E=U+Ir中,然后两个方程为一组,解方程求出几组E、r的值,最后对E、r分别求平均值作为测量结果.2.图像法(1)以I为横坐标,U为纵坐标建立直角坐标系,根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点.(2)用直尺画一条直线,使尽量多的点落在这条直线上,不在直线上的点,能大致均衡地分布在直线两侧.
五、误差分析1.偶然误差有读数视差和用图像法求E和r时由于作图不准确而造成的偶然误差.2.系统误差(1)采用如图甲所示电路E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压.实验中忽略了通过电压表的电流IV,从而形成误差(如图乙中带箭头线段所示),而且电压表示数越大,IV越大.
从图像角度看:①当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,因此短路电流测量值=真实值.②E测
从图像角度看:①E为真实值.②I短测
2.电路的选择:伏安法测电源电动势和内阻有两种接法,由于电流表内阻与干电池内阻接近,所以一般选择误差较小的甲电路图.
3.实验操作:电池在大电流放电时电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,故长时间放电不宜超过0.3 A,短时间放电不宜超过0.5 A.因此,实验中不要将I调得过大,读电表示数要快,每次读完后应立即断电.
4.数据处理(1)若路端电压变化不是很明显,作图像时,纵轴单位可以取小一些,且纵轴起点不从零开始,把纵坐标的比例放大.(2)画U-I图像时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去.
【典例剖析】例1在用电压表和电流表测一节干电池的电动势和内阻的实验中,所用电压表和电流表的内阻分别为1 kΩ和0.1 Ω,如图所示为实验原理图及所需器件图.(1)在图中画出连线,将器材按原理图连接成实验电路.
(2)一位同学记录了6组数据并根据这些数据在图中画出了U-I图像,根据图像读出电池的电动势E= V,求出电池内阻r= Ω.
解析 (1)按照实验原理图将实物图连接起来,如图所示.(2)图线交U轴于U1=1.45 V,此即为电池电动势E,交I轴于I=0.65 A,注意此时U2=1.00 V,由闭合电路的欧姆定律得答案 (1)见解析图 (2)1.45 0.69
规律方法 连接实物电路图的基本方法(1)先画出实验电路图.(2)按电路图选择所需的器材,明确电表量程.(3)画线连接各元件,一般先从电源正极开始,到开关,再到滑动变阻器等,按顺序以单线连接方式将主电路要串联的元件依次串联起来,然后再将要并联的元件并联到电路中.(4)注意电源的正、负极,电表的正、负接线柱以及滑动变阻器接线柱的合理选用.(5)注意连线不能交叉,开关要能控制电路.
变式训练 1为了测量一节干电池的电动势和内阻,某实验小组设计了如图甲所示的电路,实验室准备了下列器材供选用:A.待测干电池一节B.直流电流表A1(量程0~0.6 A,内阻约为0.1 Ω)C.直流电流表A2(量程0~3 A,内阻约为0.02 Ω)D.直流电压表V1(量程0~3 V,内阻约为5 kΩ)E.直流电压表V2(量程0~15 V,内阻约为25 kΩ)F.滑动变阻器R1(阻值范围为0~15 Ω,允许最大电流为1 A)G.滑动变阻器R2(阻值范围为0~1 000 Ω,允许最大电流为2 A)H.开关 I.导线若干
(1)实验中电压表应选用 ;电流表应选用 ;滑动变阻器应选用 .(填选项前的字母)
(2)实验小组在进行实验时,初始滑片P在最右端,但由于滑动变阻器某处发生断路,合上开关S后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表才有读数,于是该组同学分别作出了电压表读数U与x、电流表读数I与x的关系图,如图乙所示,则根据图像可知,电池的电动势为 V,内阻为 Ω.
解析 (1)干电池电动势约为1.5 V,电压表应选V1,由于电路中电流较小,所以电流表应选A1,为方便实验操作,滑动变阻器应选总阻值较小的R1.(2)根据两图对应的滑动变阻器滑过相同距离时的电压和电流可知:当I1=0.20 A时,U1=1.40 V;当I2=0.40 A时,U2=1.30 V;根据U=E-Ir得E=1.5 V,r=0.5 Ω.答案 (1)D B F (2)1.5 0.5
【典例剖析】例2在测定一节干电池的电动势和内阻的分组实验中,实验1组的同学利用图甲所示电路,选用下列器材进行了规范的实验操作.
A.干电池(内阻小于1.0 Ω)B.电流表(量程0~0.6 A,内阻RA=1.0 Ω)C.电压表(量程0~3 V,内阻约为20 kΩ)D.滑动变阻器(0~20 Ω,允许最大电流2 A)E.开关、导线若干在小组互评环节,实验2组的同学在实验器材没有变化的情况下对1组的实验方案进行了改进并再次进行了实验,并把实验数据用“×”描在图乙所示的U-I图像中,请完成以下对1组实验方案的评价及改进.
(1)从实验原理上来看,用图甲电路进行实验,误差主要来自: (2)在下面虚线框中画出改进方案的电路图.(3)根据改进后所得的实验数据在图乙中作出U-I图线,由图线得到:E= V;r= Ω.(保留两位小数)
解析 (1)从电路图中可知电压表测量的是路端电压,但是电流表测量的不是路端电流.(2)电流表的内阻已知,故可采用如图所示的电路.
(3)作出正确的U-I图像,如图所示.
由闭合电路欧姆定律可知E=U+I(r+RA)故图像与纵轴的交点为电源的电动势,故E=1.50 V,图像的斜率的绝对值为解得r=0.48 Ω.答案 (1)见解析 (2)见解析图 (3)见解析图 1.50 0.48
规律方法 测电源电动势和内阻的图像处理方法(1)用伏安法测电源电动势和内阻时,E=U+Ir,变形后可得U=E-Ir,作出U-I图像,图像的纵截距表示电源电动势,斜率的绝对值表示内阻.
变式训练 2物理学习小组试图利用图甲所示的电路图测量一组旧蓄电池的电动势和内阻.
实验步骤如下:①将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;②多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;③以 为纵坐标,R为横坐标,作 -R图线(用直线拟合),如图乙所示;④从图线求出直线的斜率K和在纵轴上的截距b.
请你回答下列问题(用题给符号K、b表示):(1)电池的电动势E= ,内阻r= . (2)根据实验方案发现,电流表内阻对实验精确度有较大影响,如果已知电流表内阻为rA,则电源内阻的精确值为 .
【典例剖析】例3为了同时测量一电源的电动势E和内阻r,以及未知阻值的电阻Rx,某同学设计了一电路如图甲所示.实验室提供的器材如下:待测电源、待测电阻、电阻箱一个、内阻很大的电压表一个、开关两个、导线若干.
(1)为实现上述目的,请完善实物图连接;(2)该同学实验的主要步骤有:①闭合S1、S2,多次调节电阻箱,并记录其阻值及对应的电压表的示数;②保持S1闭合,断开S2,多次调节电阻箱,并记录其阻值及对应的电压表的示数;③根据记录的数据,作出两条 图线如图丙所示.由图线可得电动势E= ,内阻r= ,Rx= .(用图中a、b、c表示)
解析 (1)实物连接如图所示.
变式训练 3在测定一组干电池的电动势和内阻的实验中,备有下列器材:A.电流传感器1B.电流传感器2C.定值电阻R0(3 kΩ)D.滑动变阻器R(0~20 Ω)E.开关和导线若干某同学发现上述器材中没有电压传感器,但给出了两个电流传感器,于是他设计了如图甲所示的电路来完成实验.
(1)该同学利用测出的实验数据作出的I1-I2图线(I1为电流传感器1的示数,I2为电流传感器2的示数,且I1远小于I2)如图乙所示,则由图线可得被测电池的电动势E= V,内阻r= Ω. (2)若将纵轴改为 ,则图线与纵轴交点的物理含义即为被测电池电动势的大小.
(2)若将纵轴改为路端电压,即I1R0,则图线与纵轴交点的物理意义即为被测电源电动势的大小.答案 (1)4.5 1.5 (2)I1R0
1.为了测出电源的电动势和内阻,除待测电源和开关、导线以外,配合下列哪组仪器,不能达到实验目的( )A.一个电流表和一个电阻箱B.一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器C.一个电压表和一个电阻箱D.一个电流表和一个滑动变阻器
解析 根据E=I(R+r),由电流表测出电流,用电阻箱读出外电阻的阻值,可以求出E、r,A不符合题意;根据E=U+Ir,由电流表测出电流,由电压表测出电压,可以求出E、r,B不符合题意;根据 ,由电压表测出电压,用电阻箱读出外电阻的阻值,可以求出E、r,C不符合题意;因为滑动变阻器不能读出电阻的数值,所以只有一个电流表和一个滑动变阻器,测不出电动势和内阻,D符合题意.答案 D
2.(多选)在用如图所示的电路测量电池电动势和内阻的实验中,若有两只电压表V1和V2且量程相同,内阻RV1>RV2;两只电流表A1和A2且量程相同,内阻RA1>RA2,在该实验中,为了使E、r的测量精确些,选择的电表可以是( )A.V1和A2B.V2和A2C.V2和A1D.V1和A1
解析 本实验中电流表相对电池外接,系统误差是由电压表分流引起的, ,要减小误差,RV应选大的,故电压表选V1,本实验中电流表的内阻对结果无影响,故正确选项为A、D.答案 AD
3.在测量电源的电动势和电阻的实验中,实验器材有被测干电池、电流表(0~0.6 A,内阻约为0.1 Ω)、电压表(0~3 V,内阻约为3 kΩ)、开关、滑动变阻器(0~20 Ω)、导线等.(1)在虚线框中画出合适的实验电路图.
(2)实验过程中测得干电池的路端电压与相应的输出电流的多组数据,得到图像如图所示,则干电池的电动势为 V,内电阻为 Ω.(保留三位有效数字)
解析 (1)滑动变阻器可采用限流式接法,电路连接如图所示.(2)根据闭合电路欧姆定律可知U=E-Ir,在U-I图像中,图像在纵轴的截距等于干电池电动势,图像斜率的绝对值等于干电池内阻,因此可得E=1.50 V,r=0.250 Ω.答案 (1)见解析图 (2)1.50 0.250
4.在测量电源的电动势和内阻的实验中,由于所用的电压表(视为理想电压表)的量程较小,某同学设计了如图所示的实物电路.
(1)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”) (2)改变电阻箱的阻值R,测出阻值R0=10 Ω的定值电阻两端的电压U,下列两组R的取值方案中,比较合理的方案是 (选填“1”或“2”). (3)根据实验数据描点,绘出的 -R图像是一条直线.若直线的斜率为k,在 坐标轴上的截距为b,则该电源的电动势E= ,内阻r= .(用k、b和R0表示)
1.掌握测量电源的电动势和内阻的实验原理和实验方法.(科学探究)2.学习用图像法处理实验数据.(科学探究)3.会对测量误差进行探究,了解测量中减小误差的方法.(科学探究)
【必备知识】一、实验原理实验电路如图所示,根据闭合电路的欧姆定律,改变R的阻值,测出两组U、I的值,根据闭合电路欧姆定律可列出两个方程:
二、实验器材待测电池、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线.三、实验步骤1.选定电流表、电压表的量程,按照电路图把器材连接好.2.把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端.
3.闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数,读出电压表示数U和电流表示数I,并填入事先绘制好的表格.
4.多次改变滑片的位置,读出对应的多组数据,并一一填入表中.5.断开开关,整理好器材.
四、数据处理1.公式法把测量的几组数据分别代入E=U+Ir中,然后两个方程为一组,解方程求出几组E、r的值,最后对E、r分别求平均值作为测量结果.2.图像法(1)以I为横坐标,U为纵坐标建立直角坐标系,根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点.(2)用直尺画一条直线,使尽量多的点落在这条直线上,不在直线上的点,能大致均衡地分布在直线两侧.
五、误差分析1.偶然误差有读数视差和用图像法求E和r时由于作图不准确而造成的偶然误差.2.系统误差(1)采用如图甲所示电路E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压.实验中忽略了通过电压表的电流IV,从而形成误差(如图乙中带箭头线段所示),而且电压表示数越大,IV越大.
从图像角度看:①当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,因此短路电流测量值=真实值.②E测
从图像角度看:①E为真实值.②I短测
2.电路的选择:伏安法测电源电动势和内阻有两种接法,由于电流表内阻与干电池内阻接近,所以一般选择误差较小的甲电路图.
3.实验操作:电池在大电流放电时电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,故长时间放电不宜超过0.3 A,短时间放电不宜超过0.5 A.因此,实验中不要将I调得过大,读电表示数要快,每次读完后应立即断电.
4.数据处理(1)若路端电压变化不是很明显,作图像时,纵轴单位可以取小一些,且纵轴起点不从零开始,把纵坐标的比例放大.(2)画U-I图像时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去.
【典例剖析】例1在用电压表和电流表测一节干电池的电动势和内阻的实验中,所用电压表和电流表的内阻分别为1 kΩ和0.1 Ω,如图所示为实验原理图及所需器件图.(1)在图中画出连线,将器材按原理图连接成实验电路.
(2)一位同学记录了6组数据并根据这些数据在图中画出了U-I图像,根据图像读出电池的电动势E= V,求出电池内阻r= Ω.
解析 (1)按照实验原理图将实物图连接起来,如图所示.(2)图线交U轴于U1=1.45 V,此即为电池电动势E,交I轴于I=0.65 A,注意此时U2=1.00 V,由闭合电路的欧姆定律得答案 (1)见解析图 (2)1.45 0.69
规律方法 连接实物电路图的基本方法(1)先画出实验电路图.(2)按电路图选择所需的器材,明确电表量程.(3)画线连接各元件,一般先从电源正极开始,到开关,再到滑动变阻器等,按顺序以单线连接方式将主电路要串联的元件依次串联起来,然后再将要并联的元件并联到电路中.(4)注意电源的正、负极,电表的正、负接线柱以及滑动变阻器接线柱的合理选用.(5)注意连线不能交叉,开关要能控制电路.
变式训练 1为了测量一节干电池的电动势和内阻,某实验小组设计了如图甲所示的电路,实验室准备了下列器材供选用:A.待测干电池一节B.直流电流表A1(量程0~0.6 A,内阻约为0.1 Ω)C.直流电流表A2(量程0~3 A,内阻约为0.02 Ω)D.直流电压表V1(量程0~3 V,内阻约为5 kΩ)E.直流电压表V2(量程0~15 V,内阻约为25 kΩ)F.滑动变阻器R1(阻值范围为0~15 Ω,允许最大电流为1 A)G.滑动变阻器R2(阻值范围为0~1 000 Ω,允许最大电流为2 A)H.开关 I.导线若干
(1)实验中电压表应选用 ;电流表应选用 ;滑动变阻器应选用 .(填选项前的字母)
(2)实验小组在进行实验时,初始滑片P在最右端,但由于滑动变阻器某处发生断路,合上开关S后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表才有读数,于是该组同学分别作出了电压表读数U与x、电流表读数I与x的关系图,如图乙所示,则根据图像可知,电池的电动势为 V,内阻为 Ω.
解析 (1)干电池电动势约为1.5 V,电压表应选V1,由于电路中电流较小,所以电流表应选A1,为方便实验操作,滑动变阻器应选总阻值较小的R1.(2)根据两图对应的滑动变阻器滑过相同距离时的电压和电流可知:当I1=0.20 A时,U1=1.40 V;当I2=0.40 A时,U2=1.30 V;根据U=E-Ir得E=1.5 V,r=0.5 Ω.答案 (1)D B F (2)1.5 0.5
【典例剖析】例2在测定一节干电池的电动势和内阻的分组实验中,实验1组的同学利用图甲所示电路,选用下列器材进行了规范的实验操作.
A.干电池(内阻小于1.0 Ω)B.电流表(量程0~0.6 A,内阻RA=1.0 Ω)C.电压表(量程0~3 V,内阻约为20 kΩ)D.滑动变阻器(0~20 Ω,允许最大电流2 A)E.开关、导线若干在小组互评环节,实验2组的同学在实验器材没有变化的情况下对1组的实验方案进行了改进并再次进行了实验,并把实验数据用“×”描在图乙所示的U-I图像中,请完成以下对1组实验方案的评价及改进.
(1)从实验原理上来看,用图甲电路进行实验,误差主要来自: (2)在下面虚线框中画出改进方案的电路图.(3)根据改进后所得的实验数据在图乙中作出U-I图线,由图线得到:E= V;r= Ω.(保留两位小数)
解析 (1)从电路图中可知电压表测量的是路端电压,但是电流表测量的不是路端电流.(2)电流表的内阻已知,故可采用如图所示的电路.
(3)作出正确的U-I图像,如图所示.
由闭合电路欧姆定律可知E=U+I(r+RA)故图像与纵轴的交点为电源的电动势,故E=1.50 V,图像的斜率的绝对值为解得r=0.48 Ω.答案 (1)见解析 (2)见解析图 (3)见解析图 1.50 0.48
规律方法 测电源电动势和内阻的图像处理方法(1)用伏安法测电源电动势和内阻时,E=U+Ir,变形后可得U=E-Ir,作出U-I图像,图像的纵截距表示电源电动势,斜率的绝对值表示内阻.
变式训练 2物理学习小组试图利用图甲所示的电路图测量一组旧蓄电池的电动势和内阻.
实验步骤如下:①将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;②多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;③以 为纵坐标,R为横坐标,作 -R图线(用直线拟合),如图乙所示;④从图线求出直线的斜率K和在纵轴上的截距b.
请你回答下列问题(用题给符号K、b表示):(1)电池的电动势E= ,内阻r= . (2)根据实验方案发现,电流表内阻对实验精确度有较大影响,如果已知电流表内阻为rA,则电源内阻的精确值为 .
【典例剖析】例3为了同时测量一电源的电动势E和内阻r,以及未知阻值的电阻Rx,某同学设计了一电路如图甲所示.实验室提供的器材如下:待测电源、待测电阻、电阻箱一个、内阻很大的电压表一个、开关两个、导线若干.
(1)为实现上述目的,请完善实物图连接;(2)该同学实验的主要步骤有:①闭合S1、S2,多次调节电阻箱,并记录其阻值及对应的电压表的示数;②保持S1闭合,断开S2,多次调节电阻箱,并记录其阻值及对应的电压表的示数;③根据记录的数据,作出两条 图线如图丙所示.由图线可得电动势E= ,内阻r= ,Rx= .(用图中a、b、c表示)
解析 (1)实物连接如图所示.
变式训练 3在测定一组干电池的电动势和内阻的实验中,备有下列器材:A.电流传感器1B.电流传感器2C.定值电阻R0(3 kΩ)D.滑动变阻器R(0~20 Ω)E.开关和导线若干某同学发现上述器材中没有电压传感器,但给出了两个电流传感器,于是他设计了如图甲所示的电路来完成实验.
(1)该同学利用测出的实验数据作出的I1-I2图线(I1为电流传感器1的示数,I2为电流传感器2的示数,且I1远小于I2)如图乙所示,则由图线可得被测电池的电动势E= V,内阻r= Ω. (2)若将纵轴改为 ,则图线与纵轴交点的物理含义即为被测电池电动势的大小.
(2)若将纵轴改为路端电压,即I1R0,则图线与纵轴交点的物理意义即为被测电源电动势的大小.答案 (1)4.5 1.5 (2)I1R0
1.为了测出电源的电动势和内阻,除待测电源和开关、导线以外,配合下列哪组仪器,不能达到实验目的( )A.一个电流表和一个电阻箱B.一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器C.一个电压表和一个电阻箱D.一个电流表和一个滑动变阻器
解析 根据E=I(R+r),由电流表测出电流,用电阻箱读出外电阻的阻值,可以求出E、r,A不符合题意;根据E=U+Ir,由电流表测出电流,由电压表测出电压,可以求出E、r,B不符合题意;根据 ,由电压表测出电压,用电阻箱读出外电阻的阻值,可以求出E、r,C不符合题意;因为滑动变阻器不能读出电阻的数值,所以只有一个电流表和一个滑动变阻器,测不出电动势和内阻,D符合题意.答案 D
2.(多选)在用如图所示的电路测量电池电动势和内阻的实验中,若有两只电压表V1和V2且量程相同,内阻RV1>RV2;两只电流表A1和A2且量程相同,内阻RA1>RA2,在该实验中,为了使E、r的测量精确些,选择的电表可以是( )A.V1和A2B.V2和A2C.V2和A1D.V1和A1
解析 本实验中电流表相对电池外接,系统误差是由电压表分流引起的, ,要减小误差,RV应选大的,故电压表选V1,本实验中电流表的内阻对结果无影响,故正确选项为A、D.答案 AD
3.在测量电源的电动势和电阻的实验中,实验器材有被测干电池、电流表(0~0.6 A,内阻约为0.1 Ω)、电压表(0~3 V,内阻约为3 kΩ)、开关、滑动变阻器(0~20 Ω)、导线等.(1)在虚线框中画出合适的实验电路图.
(2)实验过程中测得干电池的路端电压与相应的输出电流的多组数据,得到图像如图所示,则干电池的电动势为 V,内电阻为 Ω.(保留三位有效数字)
解析 (1)滑动变阻器可采用限流式接法,电路连接如图所示.(2)根据闭合电路欧姆定律可知U=E-Ir,在U-I图像中,图像在纵轴的截距等于干电池电动势,图像斜率的绝对值等于干电池内阻,因此可得E=1.50 V,r=0.250 Ω.答案 (1)见解析图 (2)1.50 0.250
4.在测量电源的电动势和内阻的实验中,由于所用的电压表(视为理想电压表)的量程较小,某同学设计了如图所示的实物电路.
(1)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”) (2)改变电阻箱的阻值R,测出阻值R0=10 Ω的定值电阻两端的电压U,下列两组R的取值方案中,比较合理的方案是 (选填“1”或“2”). (3)根据实验数据描点,绘出的 -R图像是一条直线.若直线的斜率为k,在 坐标轴上的截距为b,则该电源的电动势E= ,内阻r= .(用k、b和R0表示)
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