1、课题：测定电源的电动势和内阻课题：测定电源的电动势和内阻 一、教材的地位和作用一、教材的地位和作用 高考大纲明确指出：高考测试把对能力考核放高考大纲明确指出：高考测试把对能力考核放在首位，而实验内容是考查学生高层次思维能力在首位，而实验内容是考查学生高层次思维能力的题材。电学实验由于内容和变式丰富，对学生的题材。电学实验由于内容和变式丰富，对学生能力考查全方位，要求学生具有全面、系统考虑、能力考查全方位，要求学生具有全面、系统考虑、综合分析问题等各种能力。因此成为高考实验题综合分析问题等各种能力。因此成为高考实验题首选题材，成为高考的重点和难点。首选题材，成为高考的重点和难点。“测定电源测定电
2、源电动势和内阻电动势和内阻”作为一个基本的电学实验，频频作为一个基本的电学实验，频频出现在高考试题中。该实验在高考中的地位至关出现在高考试题中。该实验在高考中的地位至关重要，在高三第一轮教学中，应该作为重点实验，重要，在高三第一轮教学中，应该作为重点实验，进行全面、系统的复习。进行全面、系统的复习。二、教学目标二、教学目标 根据本教材的结构和内容分析，我制定了以下的教学目标： 1、知识与技能 通过实验复习，重新回忆并加深对测定电源的电动势和内阻实验目的、原理、器材和步骤认识。能够解决测定电源电动势和内阻及以其相关的一些问题。 2、过程与方法 培养学生变式拓展能力和综合运用知识能力 3、情感态度
3、和价值观 体会运用比较思想整理知识三、教学的重、难点三、教学的重、难点 教学重点：测定电源电动势和内阻的实验原理、电路设计、数据处理 教学难点：综合运用知识对实验电路进行创新设计四、四、 教法教法 我主要采取问题呈现式的比较教学方法，让学生真正的参与活动，我主要采取问题呈现式的比较教学方法，让学生真正的参与活动，而且在活动中得到认识和体验。基于本节课内容的特点，我主要采用而且在活动中得到认识和体验。基于本节课内容的特点，我主要采用了以下的教学方法：了以下的教学方法： 1、启发式： 教师提问，诱导学生思考讨论，让学生自主构建知识体系。 2、学生阅读+教师讲解 由于是复习课，很多东西学生已经很熟悉
4、，教师只需一带而过就行了。 3、理论探究 将定性分析的内容，上升到理论的高度，形成知识网络，帮助学生培养严密的思维，勇于探究的精神。五、学法五、学法学生主要采用阅读、讨论、理论探究、练习问题问题1：通常测定电池的电动势和内阻的方法有哪几种？分别是什么？：通常测定电池的电动势和内阻的方法有哪几种？分别是什么？第一种方法：对于给定实验器材有：电池第一种方法：对于给定实验器材有：电池(被测电源被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线习惯称习惯称伏安法测电源的电动势和内阻伏安法测电源的电动势和内阻 实验电路图实验电路图图甲图甲 图乙图乙六、教学过程六、教
5、学过程第二种方法：对于给定实验器材有：电池第二种方法：对于给定实验器材有：电池(被测电源被测电源)、电阻箱、电流表、电阻箱、电流表、开关、导线开关、导线习惯称安阻法测电源的电动势和内阻习惯称安阻法测电源的电动势和内阻 。实验电路图实验电路图第三种方法：对于给定实验器材有：电池第三种方法：对于给定实验器材有：电池(被测电源被测电源)、电阻箱、电压表、开关、电阻箱、电压表、开关、导线导线习惯称伏阻法测电源的电动势和内阻习惯称伏阻法测电源的电动势和内阻 。实验电路图实验电路图问题问题2：在伏安法测定电池的电动势和内阻实验中实验器材如何选：在伏安法测定电池的电动势和内阻实验中实验器材如何选择？（电池、
6、电压表量程、电流表量程、滑动变阻器）择？（电池、电压表量程、电流表量程、滑动变阻器）被测电源：选用旧电池，为了使电路的路端电压变化明显，电池被测电源：选用旧电池，为了使电路的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池号干电池电压表量程：在使用电压表，电流表时尽可能使指针偏转接电压表量程：在使用电压表，电流表时尽可能使指针偏转接近满量程，最起码其指针偏转到满偏的近满量程，最起码其指针偏转到满偏的1/3以上，读数比较准以上，读数比较准确。一节电池的电动势约为确。一节电池的电动势约为1.5 V，因此，电压表的量程选，因此，电压表的量程
7、选03.0 V为宜。为宜。电流表量程：由于干电池在大电流放电时，电动势电流表量程：由于干电池在大电流放电时，电动势E会明会明显下降，内阻显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3 A，短时间放电不宜超过短时间放电不宜超过0.5 A因此，实验中不要将因此，实验中不要将I调得过调得过大，读电流表要快，每次读完立即断电电流表量程选大，读电流表要快，每次读完立即断电电流表量程选0为宜。为宜。滑动变阻器：为达到能明显控制电路总电阻的变化，应选滑动变阻器：为达到能明显控制电路总电阻的变化，应选用与电压表内阻阻值相差大的滑动变阻器，选阻值范围为用与电压表内阻阻值相差
8、大的滑动变阻器，选阻值范围为010 的滑动变阻器的滑动变阻器 问题问题3：伏安法测定电池的电动势和内阻的实验数据如何处理？有哪些常用方法？：伏安法测定电池的电动势和内阻的实验数据如何处理？有哪些常用方法？方法一、代数法：方法一、代数法：注意：取六组对应的注意：取六组对应的I、U数据，数据满足关系式数据，数据满足关系式U1EI1r、U2EI2r、 U3EI3r让第让第1式和第式和第4式联立方程，第式联立方程，第2式和第式和第5式联立方程，第式联立方程，第3式和第式和第6式联式联立方程，这样解得三组立方程，这样解得三组E、r，取其平均值作为电池的电动势，取其平均值作为电池的电动势E和内阻和内阻r的
9、的 大小大小方法二、图象法：以路端电压方法二、图象法：以路端电压U为纵轴、干路电流为纵轴、干路电流I为横轴建立为横轴建立UI坐标系，在坐坐标系，在坐标平面内描出各组标平面内描出各组(I，U)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴的交点即是电池电动势不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴的交点即是电池电动势的大小的大小(一次函数的纵轴截距一次函数的纵轴截距)， 注意要合理选择标度：干电池内阻较小时，注意要合理选择标度：干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图的变化较小，此时
10、，坐标图中数据点将中数据点将 呈现如图呈现如图(甲甲)所示的状况，使下部大面积空间得不到利用为所示的状况，使下部大面积空间得不到利用为此，可使纵坐标不从零开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始此，可使纵坐标不从零开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐横坐标标I必须从零开始必须从零开始)，如图，如图753(乙乙)所示，并且把纵坐标的比例放大，可所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小此时图线与横轴交点不表示短路电流而图线与纵轴的使结果的误差减小此时图线与横轴交点不表示短路电流而图线与纵轴的截距仍为电动势要在直线上任取两个相距较远的点，用截距仍为电动势要在直线上任取两个相距较远的点，
11、用r 计算计算出电池的内阻出电池的内阻r. 问题问题4：用伏安法测定电池的电动势和内阻时电流表外接和内接两种情况下电：用伏安法测定电池的电动势和内阻时电流表外接和内接两种情况下电动势的测量值与真实值，电池内阻的测量值与真实值间的关系如何？（系统误动势的测量值与真实值，电池内阻的测量值与真实值间的关系如何？（系统误差分析）差分析）首先，我们用图象法定性分析两种情况下电动势的测量值与真实值，电首先，我们用图象法定性分析两种情况下电动势的测量值与真实值，电池内阻的测量值与真实值间的关系，池内阻的测量值与真实值间的关系，1、电流表外接法中电压表测的确是、电流表外接法中电压表测的确是路端电压（电池两极间
12、的电压），而电流表测量的电流（路端电压（电池两极间的电压），而电流表测量的电流（I测）比实际的测）比实际的干路电流（干路电流（I真）小真）小,故反映在同一故反映在同一UI图中，对应的同一图中，对应的同一U值，值， I真真= I测测+ IV= I测测+U/RV且且U越大越大IV越大，当越大，当U=0时时I测测= I真；真；E测测 E真真r 测测 r真真 图乙图乙U真真U测测UIU1E测=E真0I1U1+ UA1 通过定量分析可知，电流表内接法所测电动势虽无误差，但所测内通过定量分析可知，电流表内接法所测电动势虽无误差，但所测内阻的误差较大，电流表外接法所测电动势、内阻虽有误差但均较小。权阻的误差
13、较大，电流表外接法所测电动势、内阻虽有误差但均较小。权衡的结果是在同时测电池电动势和内阻的情况下，电流表的外接较内接衡的结果是在同时测电池电动势和内阻的情况下，电流表的外接较内接优越。优越。I越大越大UA越大越大问题问题5：通常伏安法测定电池的电动势和内阻实验电路原理图是采用电流：通常伏安法测定电池的电动势和内阻实验电路原理图是采用电流表内接还是外接？为什么？表内接还是外接？为什么？ARrr测测真真测测EE 问题问题6：用伏阻法和安阻法测定电池的电动势和内阻的数据如何处理？能否仍：用伏阻法和安阻法测定电池的电动势和内阻的数据如何处理？能否仍用图象法？若能分别作什么图象？用图象法？若能分别作什么
14、图象？安阻法电路安阻法电路代数法：改变电阻箱阻值由代数法：改变电阻箱阻值由EI1(R1r)和和EI2(R2r)求出求出E、r.为了准确可多测几组数据，求平均值。（不为了准确可多测几组数据，求平均值。（不考虑电流表内阻的分压作用）考虑电流表内阻的分压作用）图象法：若能测出多组图象法：若能测出多组I、R值，以值，以R为纵坐为纵坐标，标，1/I为横坐标，作出为横坐标，作出R1/I 图象，由于图象，由于R=E/Ir,可知这条图线是直线，直线在纵轴可知这条图线是直线，直线在纵轴的截距的截距r，图线的斜率为，图线的斜率为E。（不考虑电流。（不考虑电流表内阻的分压作用）表内阻的分压作用）1/IR-rr)IE
15、R(rIER伏阻法电路图伏阻法电路图E1R1Eru1rRUUE图象法：图象法：1/R1/U若能测出多组若能测出多组U、R值，以值，以1/U为为纵坐标，纵坐标，1/R为横坐标，作出为横坐标，作出1/U1/R 图象图象,可知这条图线是可知这条图线是直线，直线在纵轴的截距直线，直线在纵轴的截距1/E，图线的斜率为图线的斜率为r/E。（不考虑电。（不考虑电压表内阻的分流作用）压表内阻的分流作用）【例【例1】 小明要测定一电源的电动势小明要测定一电源的电动势E和内电阻和内电阻r，实验器材有：一只，实验器材有：一只DIS电流传感器电流传感器(可视为理想电流表，测得的电流用可视为理想电流表，测得的电流用I表
16、示表示)，一只电阻箱，一只电阻箱(阻值阻值用用R表示表示)，一只开关和导线若干该同学设计了如图，一只开关和导线若干该同学设计了如图757甲所示的电甲所示的电路进行实验和采集数据路进行实验和采集数据 (1)小明设计该实验的原理表达式是_(用E、r、I、R表示)；(2)小明在闭合开关之前，应先将电阻箱阻值调至_(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)，在实验过程中，将电阻箱调至图757乙所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为_；(3)小明根据实验采集到的数据作出如图757丙所示的R图象，则由图象求得，该电源的电动势E_V，内阻r_(结果均保留两位有效数字)解析解析(1)在闭合电路中，在闭合电路中
17、，E、I、R、r几个量之间的关系是几个量之间的关系是EI(Rr)(2)为了整个电路的安全，所以开始电流要小，即电阻箱电阻调到最大值；为了整个电路的安全，所以开始电流要小，即电阻箱电阻调到最大值；题图乙电阻箱读数为题图乙电阻箱读数为25 . (3)根据根据EI(Rr)，推出，再结合，推出，再结合R图象可知：图线的斜率为，截图象可知：图线的斜率为，截距为，解得距为，解得E6.0 V(5.86.2均可均可)，r2.4 (2.32.5均可均可)【例【例2】 图图756是利用两个电流表是利用两个电流表A1和和A2测量干电池电动势测量干电池电动势E和内阻和内阻r的电路的电路原理图图中原理图图中S为开关，为
18、开关，R为滑动变阻器，为滑动变阻器， 固定电阻固定电阻R1和电流表和电流表A1内阻内阻r1之和为之和为10 000 (比比r和滑动变阻器的总电阻都大得多和滑动变阻器的总电阻都大得多)，A2为理想电流表闭合开关为理想电流表闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置，的位置，得到的多组数据如下表，并在至某一位置，的位置，得到的多组数据如下表，并在坐标纸上以坐标纸上以I1为纵坐标、为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的为横坐标画出所对应的I1I2曲线如图。求电源的电曲线如图。求电源的电动动E_ V，内阻，内阻r_ (保留两位小数保留两位小数)图图756I1/(mA)0.1200
19、.1250.1300.1350.1400.145I2/(mA)48040032023214068本实验是用两个电流表测电源电动势和内阻，本实验是用两个电流表测电源电动势和内阻，实质是将电流表实质是将电流表A1与一定值电阻串联，改与一定值电阻串联，改装成电压表使用装成电压表使用电动势电动势EI1(图象与纵轴截距图象与纵轴截距)10 000 V1.49 V，电源的内阻电源的内阻rk(图象斜率图象斜率)10 0000.60 .图图756图图7510【例【例3】 某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一 节节1.5 V
20、的干电池外，还有一个方形的电池的干电池外，还有一个方形的电池(层叠电池层叠电池)，如图，如图7510所所 示该同学想测量一下这个电池的电动势示该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻和内电阻r，但是从实验室只借到，但是从实验室只借到 一个开关、一个电阻箱一个开关、一个电阻箱(最大阻值为最大阻值为999.9 ，可当标准电阻用，可当标准电阻用)、一只电流表、一只电流表 (两个量程：一个两个量程：一个Ig0.6 A，内阻，内阻rg0.1 ；一个；一个Ig3 A)和若干导线和若干导线(1)请根据测定电动势请根据测定电动势E、内电阻、内电阻r的要求，在矩形框中画出电路图，并按电路图把的要求，在矩形框中
21、画出电路图，并按电路图把器件连接起来器件连接起来(2)接通开关，逐次改变电阻箱的阻值接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与，读出与R对应的电流表的对应的电流表的示数示数I。电流表的读数电流表的读数(A)0.260.320.420.500.58电阻箱的阻值电阻箱的阻值()5.64.43.22.62.21.50.3【例【例4】 某研究性学习小组采用如图某研究性学习小组采用如图7514甲所示的电路测量某干电池的电动甲所示的电路测量某干电池的电动 势势E和内阻和内阻r，R为电阻箱，为电阻箱，V为理想电压表，其量程略大于电池电动势实验为理想电压表，其量程略大于电池电动势实验 中通过多次改变电阻箱的阻值
22、中通过多次改变电阻箱的阻值R，从电压表上读出相应的示数，从电压表上读出相应的示数U，该小组同学，该小组同学 发现发现U与与R不成线性关系，于是求出了相应的电阻与电压的倒数如下表所示不成线性关系，于是求出了相应的电阻与电压的倒数如下表所示 回答下列问题：回答下列问题：(1)根据表中的数据和实验原理，你认为第根据表中的数据和实验原理，你认为第_(填序号填序号)组数据是错误的，组数据是错误的，原因是原因是_图甲图甲 图乙图乙图图7514(3)由图线可知，该干电池的电动势由图线可知，该干电池的电动势E_V，内阻，内阻r_.(保留两保留两位有效数字位有效数字)答案：答案：(1)3随电阻的减小路端电压逐渐减小随电阻的减小路端电压逐渐减小(2)如图所示如图所示(3)2.90.71
