高中物理选修3-1恒定电流教案

第二章恒定电流

第10节实验：测定电池的电动势和内阻

【课前准备】

【课型】新授课【课时】1课时

【教学三维目标】

（一）知识与技能

1.知道测定电源的电动势和内阻的实验原理，进一步感受电源路端电压随电流变化的关系.

2.掌握利用仪器测量电池电动势和内电阻的方法.

3.学会根据图象合理外推进行数据处理的方法.

（二）过程与方法

尝试分析电源电动势和内阻的测量误差，了解测量中减小误差的方法.

（三）情感态度与价值观

1.使学生理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能，具备敢于质疑的习惯、

严谨求实的态度和不断求索的精神.

2.培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高学生对物理学习的动机和兴趣.【教学重

点难点】

重点：利用图线处理数据

难点：如何利用图线得到结论以及实验误差的分析

【教学方法】实验、讲解、探究、讨论、分析

【教学过程】

【复习引入】

【问题】闭合电路的欧姆定律内容？表达式？

【回答】闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比，这就是闭合电路的欧姆定律，表达式：E=U+Ir

【问题】现在有一个干电池，要想测出其电动势和内电阻，需要什么仪器，采用什么样的电路图，原理是什么？

新课教学

10 实验：测定电池的电动势和内阻

一、实验原理

【展示】

方法一、伏安法测电源电动势E , 内电阻r

由闭合电路的欧姆定律E=U+Ir得，用电压表路端电压U、电流表测电路中电流I , 改变滑动变阻器

滑片的位置，测出两组U 和I 相应的数值便可得到，电源电动势E , 内电阻r.

方法二、用电流表、电阻箱测电源电动势E , 内电阻r

由闭合电路的欧姆定律E=IR+Ir 得，用电流表测出电路中的电流，调节电阻箱的旋钮，改变电路中的电阻，测出几组R 和I 相应的数值便可得到，电源电动势E , 内电阻r.

方法二、用电流表、电阻箱测电源电动势E , 内电阻r

由闭合电路的欧姆定律r R

U U E +=得，用电压表测出电阻箱两端的电压，调节电阻箱的旋钮，改变电路中的电阻，测出两组R 和U 相应的数值便可得到，电源电动势E , 内电阻r.

【过渡】根据以上原理均可测得电源电动势E , 内电阻r ，以伏安法为例，具体测量

二、实验方法

实验目的：伏安法测电源电动势E , 内电阻r

实验原理：E=U+Ir

实验器材：被测电池、电压表、电流表、滑动变阻器、电键、导线、坐标纸.

电路图

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.

注意事项

1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选大些(选用已使用过一段时间的干电池)；

2．在实验中不要将I 调得过大，每次读完U 和I 的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时老化现象严重，使得E 和r 明显变化．

3．测出不少于6组I 、U 数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，类似于逐差法，要将测出的I 、U 数据中，第1和第4组为一组，第2和第5组为一组，第3和第6组为一组，分别解出E 、r 值再求平均．

4．干电池内阻较小时，U 的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图 (甲)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(横坐标I 必须从零开始)，如图 (乙)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截距仍为电动势．要在直线上任取两个相距较远的点，用r ＝I

U ∆∆ ，计算出电池的内阻r .

三、数据处理

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，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.

图线的纵坐标是路端电压U ，横坐标是电流I ，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r

E . 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，而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I 必须从零开始)，这时图线在纵轴上的截距仍为电源电动势,而图线在横轴上的截距不再是短路电流，电源内阻r 由I

U ∆∆求得，计算r 时选取直线上相距较远的两点求得.

【拓展】作U —I 图象的几个原则：

（1）适当选择横坐标、纵坐标的单位的比例和坐标起点.坐标的起点不一定通过零点，图线在坐标系中应尽可能占有较大的空间，不要使图线偏于一边或一角.标度能反映读数的准确程度，坐标的最小分格至少与实验数据中最后一位准确数字相当.

(2)描绘图线时，应尽可能使实验数据点通过或均匀地分布在光滑图线的两侧.对于个别离图线较远的点，误差很大，应舍弃.

误差分析

【问题】选用电路图时，有甲乙两种电路图，原则上也是可以的，那么我们在做实验时是否两个都可以，还是哪一个更好？为什么？

（甲图）1、误差来源：电压表的分流

2、测量值与真实值比较：设电动势为E ′，内电阻为r ′；

E ′＝r R U I U V

)(111++′ E ′＝r R U I U V )(222+

+′ 解得：）＋（）＝＋）（－－＝（V

V 211221R r 1R r 1I I U I U I '''E E ）＋（）＝＋（－－＝V

V 2112R r 1r R r 1I I U U r ''' 由此可知测量值E 、r 均比真实值偏小，但r ′＜＜R V ，故误差很小。适宜测小内阻电源 （乙图）1、误差来源:电流表分压

2、测量值与真实值比较

）＋（＋＝）

＋（＋＝A 22A 11R r I U R r I U ''''E E 解得E E ＝－－＝211221I I U I U I ' A A 2112R r R I I U U r －＝－－－＝'

由此可知测量电动势不存在系统误差，但内电阻测量值r 比真实值多了电流表的内阻R A 。由于内电阻本身很小，这种方法测出的内电阻相对误差很大，因此我们选用图甲的接法来测量电源电动势和内电阻，但是如果题目仅要求测电源电动势则应选用图乙接法为宜。

注意事项：

(1) 使用内阻大些（用过一段时间）的干电池，在实验中不要将I 调得过大，每次读完U 、I 读数立即断电，以免于电池在大电流放电时极化现象过重，E 、r 明显变化（2）测量误差：E 、r 测量值均小于真实值。

（3）电流不能过大，一般小于0.5A 。

【课堂小结】

通过本节课的学习，我们知道了伏安法测量电池电动势和内阻的的实验原理，E=U+Ir ，E=IR+I ，r R

U U E +=，实验步骤及注意事项，实验数据的处理方法，以及误差的来源. 【布置作业】