科学测量：电源的电动势和内阻 【教学目标】 核心素养 物理观念 科学思维 1．能根据图像对相关问题进行分析推理； 2．能用与闭合电路相关的证据说明结论并作出解释。 1．能提出并准确表述在实验中可能遇到的物理问题； 2．能在他人指导下制订实验方案，设计实验步骤，能用电流表和电压表等实验器材进行实验，能注意实验安全； 3．会用作图方法分析实验数据，测得电源的电动势和内阻； 4．能撰写完整的实验报告，在报告中能呈现设计的实验步骤、实验表格，以及数据分析过程和实验结论，能有针对性地反思交流过程与结果； 5．提升实验操作能力、数据分析与解释能力。 【教学重难点】 1．能用与闭合电路相关的证据说明结论并作出解释。 2．会用作图方法分析实验数据，测得电源的电动势和内阻。 3．提升实验操作能力、数据分析与解释能力。 【教学过程】 一、导入新课 如何测量电源的电动势和内阻？下面，让我们通过实验进行探究。 二、新知学习 （一）实验目的 （1）测量电源的电动势和内阻。 （2）学习通过计算和作图分析处理实验数据。 （二）实验器材 电流表、电压表、滑动变阻器、待测干电池、开关、导线等。 （三）实验原理与设计 利用闭合电路欧姆定律来测量并计算与分析，电路图如图所示。通过改变滑动变阻器的阻值改变电路状态，电路中的电压、电流均发生变化，用电压表和电流表测量出U和I的两组数据，列出两个方程，E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r进而求解出电动势E和内阻r，E＝， r＝。 （四）实验步骤 1．电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～3 V量程，按实验原理图连接好电路。 2．把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路的阻值最大。 3．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据（I1，U1）。用同样的方法测量几组U、I值。 4．断开开关，整理好器材。 5．处理数据，用公式法和作图法求出电源的电动势和内阻。 （五）数据分析 1．求平均值法：由E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r可解得：E＝，r＝。可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值。 2．作U－I图像法 （1）本实验中，为了减小实验误差，一般用图像法处理实验数据，即根据多次测出的U、I值，作U－I图像； （2）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； （3）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I短＝； （4）图线斜率的绝对值即电源的内阻r，即r＝＝，如图所示。 （六）误差分析 1．偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作U－I图线时描点不准确。 2．系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些。由E＝U＋Ir知，电动势的测量值偏小；实验测的内阻实际上是电压表与电源内阻的等效值，所以测算的内阻也偏小，即E测＜E真，r测＜r真。 （七）注意事项 1．为使干电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表。 2．实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化。 3．当干电池的路端电压变化不很明显，作图像时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始。 如图所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r＝||求出。 三、核心探究 （一）实验原理和数据处理 [例1]在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中。 （1）备有如下器材： A．干电池1节 B．滑动变阻器（0～20 Ω） C．滑动变阻器（0～1 kΩ） D．电压表（0～3 V） E．电流表（0～0.6 A） F．电流表（0～3 A） G．开关、导线若干 其中滑动变阻器应选_____，电流表应选_____。（只填器材前的序号） （2 ... ...
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