12.3实验：电池电动势和内阻的测量 教学设计-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

公式即方法 高一物理学教评一体化学习设计 编者： 审核: 高一物理组 日期： 12.3实验：电池电动势和内阻的测量 【课标要求】 会测量电源的电动势和内阻。 【学习目标】 1、经历实验设计过程，理解测定电源电动势和内阻的实验原理。 2、在理解实验原理的基础上，能完成测电源电动势和内阻的规范实验操作。 3、学会利用U-I图像处理数据并得出电源的电动势和内阻，进一步体会利用图像进行数据处理的方法。 4、尝试分析电源电动势和内阻的测量误差，了解实验中减少误差的方法。 【情境设计】 电动势和内阻都是电源的重要参数。根据闭合电路欧姆定律，有很多种方法可以测定电池的电动势和内阻。请你思考并提出一两种实验设计方案。 请判断此方案是否可行：电源开路时，正、负极间的电压等于电动势E。能否用中学物理实验室学生实验用得电压表直接并联在电源两端测电动势？若电流表直接测得电源短路时的电流I短，根据电源内阻得到电池的内阻r呢? 【问题体验1】 1、实验思路 电源电动势和内阻不便直接测量，但电源接在电路中，路端电压和电流与电动势和内阻可以通过闭合电路欧姆定律建立联系：________________________。请你设计实验方案测定电源的电动势和内阻。所需测量的物理量有________和_________。请在下面画出你的实验原理图。 2、实验步骤：测量一节旧的干电池的电动势和内阻 （1）确定电流表量程_______、电压表的量程_______，按实验电路图连接好实物电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值最______的一端。 （2）闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数。同样的方法，依次记录多组U、I值。实验时不能将电流调的过_____，且读数要_____，读完后立即_______电源，防止干电池大电流放电使内阻r明显变化。 （4）断开开关S，拆除电路，物归原位。 实验序号 1 2 3 4 5 6 I/A U外/V 3、数据处理和误差分析 （1）公式法定量计算分析 根据闭合电路欧姆定律两次测量的方程为 E测=__________________① 解得； r测=______________； E测=__________________② E测=______________。 分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2， E3、r3，求出它们的平均值E=__________________，r=___________________作为测量结果。 电压表示数______于路端电压，由于电流表示数______于通过电源的电流从而产生系统误差。设电源电动势和内阻得到真实值分别为E0，r0，若考虑电压表内阻，方程组为 E0=__________________① 解得； r0=_______________________； E0=__________________② E0=_______________________。 比较得：E0 _______E测，r0_______r测。 （2）图像法定性分析 ①根据表格记录得数据，请你画出 U-I图像。画图时注意：合理划分刻度，标定U轴的起点坐标，倾斜度合适，使图像得分布合理，使尽可能多得点落在这条直线上；实在落不上得均匀分布在直线两侧；个别偏离直线太远得点可以舍弃。这样就可以减少实验中得偶然误差，起到了多次测量求平均值的效果。这是一项重要得实验技能，大家要重视。 ②如果U轴从0开始划分刻度，作出得图像往往倾斜程度很小，且分布在坐标纸得上半部分，如何调整坐标轴解决这个问题？ ③右图是某次实验结果得U—I图像，如何从图像中得到电动势：___________， 电源的内阻：___________ ④上图是根据U、I的测量值作出的U-I图像。请你在图中画出电源真实值反应的图像。 右图中，电压表的示数U就是路端电压的真实值U0，除了读数会有偶然误差外，可以认为U=U0。电流表的示数为I，通过电源的电流为I0，由于I<I0=I+U/Rv而且U越大，I和I0之间的差距就越大，而经过修正后，直线②就是电源真实值反映的U-I图像。由图像可以很直观地看出E____ E0 , r_____r0。 【达标检测1】 如果采用右图所示电路进行实验，请分析误差。 1、电流表示数_____于通过电源的电流，电压表示数____于路端电压从而产生系统误差。 若考虑电流表内阻，应用闭合电路欧姆定律，方程组为E0=__________________① 解得； r0=_______________________； E0=__________________② E0=_______________________。 比较：E0 _______E测，r0_______r测。 2、以上是定量计算分析，也可以利用电源的U-I图像来定性分析。 如图所示，直线①是根据U、I的测量值作出的U-I图像，路端电压为U0。由于U____U0=U+IRA,，而且I越大，U和U0之间的误差就越大，而电流表的示数I就是流过电源的电流的真实值I0，除了读数会有偶然误差外，可以认为I_____I0。经过修正后，直线②就是电源真实值反映的U-I图像。由图像可以很直观地看出E_____ E0，r______ r0。 3、由以上分析可以看出，r测=___________，把电流表和电源等效为一个新电源，如图虚线框所示。这个等效电源的内阻r为r0和RA的串联总电阻，也就是内阻的测量值。 由以上分析还可以知道，要减小测量电源内阻的系统误差，电流表的内阻必须很小，使得r0远____于R。这个要求在实验室测定干电池的内阻时很难满足，所以测量干电池的电动势和内阻常常把电流表放在支路中。而水果电池的内阻可以达到几千欧，满足r0远大于R这个条件，所以测量水果电池的电动势和内阻常常将电流表放在干路上。如上图。 【问题体验2】 如果只有一个电流表没有电压表，你能设计出测量电源电动势和内阻的电路吗?还需要什么器材? 1、 请将电路原理图和实物图画在下面 2、 数据处理： I-R图像是______线，如果画曲为直，我们需要建立_________图像，请推导此图像的函数表达式，并画出图像。图像的斜率k=________，截距a=_______。 3、 误差分析：此实验中由于电_____表存在内阻，使得E0 _______E测，r0_______r测 【达标检测2】 3.某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的橙子制作了橙汁电池，他们用如图12.3-7所示的实验电路测量这种电池的电动势E和内阻r。在图12.3-8所示的玻璃器皿中盛有橙汁，在橙汁中相隔一定距离插入铜片和锌片作为电池的正极和负极。图中电流表的内阻为100Ω，量程为0〜300µA；电阻箱阻值的变化范围为0〜9999Ω。 连接电路后，调节电阻箱R的阻值，得到的测量数据如表2所示。 请作出本实验的U-I图像（U为电阻箱两端的电压，I为通过电阻箱的电流），根据图像得出该橙汁电池的电动势和内阻？ R/kΩ 9 8 7 6 5 4 3 I/μA 92 102 115 131 152 180 220 U/V 【问题体验3】 你还能设计出测量电源电动势和内阻的电路吗?还需要什么器材? 1、请将电路原理图和实物图画在下面 2、数据处理： U-R图像是______线，如果画曲为直，我们需要建立_________图像，请推导此图像的函数表达式，并画出图像。图像的斜率k=________，截距a=_______。 3、误差分析：此实验中由于电_____表存在内阻，使得E0 _______E测，r0_______r测 【达标检测3】 5.某实验小组用电阻箱和电压表（内阻可视为无穷大）按图12.3-3的电路测定一个水果电池的电动势和内阻。闭合开关S后，调节电阻箱得到各组实验数据如下表。 （1）由电阻箱的电阻和电阻箱两端的电压，计算通过电阻箱的电流，把每组电流的数据填在表中的空格处。 （2）根据表中电压和电流的数据，在图12-8中描点，作出U-I图像。 （3）根据U-I图像，计算水果电池的电动势E=_______和内阻r=_________。 【自我评价】你对自己本节课的知识掌握、课堂表现作何评价？ 12-3-2 12-3-1 学科网（北京）股份有限公司 $$