實驗:測量電源的電動勢和內(nèi)阻
[學(xué)科素養(yǎng)與目標要求]
物理觀念:知道測定電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗原理,即閉合電路的歐姆定律.
科學(xué)探究:1.根據(jù)“伏安法”測定電池電動勢和內(nèi)阻的原理,會選用實驗器材、正確連接電路、規(guī)范實驗操作.2.能進行分組、自主合作探究,并對信息進行數(shù)據(jù)處理.
科學(xué)思維:1.會設(shè)計測定電池電動勢和內(nèi)阻的“伏安法”“伏阻法”“安阻法”的電路圖.2.體會圖象法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點,體會“化曲為直”的思想方法.
一、測定電源電動勢和內(nèi)阻的實驗方案設(shè)計
1.伏安法:由E=U+Ir知,只要測出U、I的兩組數(shù)據(jù),就可以列出兩個關(guān)于E、r的方程,從而解出E、r,用到的器材有電池、開關(guān)、滑動變阻器、電壓表、電流表,電路圖如圖1所示.
圖1
2.伏阻法:由E=U+r知,如果能得到U、R的兩組數(shù)據(jù),列出關(guān)于E、r的兩個方程,就能解出E、r,用到的器材是電池、開關(guān)、電阻箱、電壓表,電路圖如圖2所示.
圖2
3.安阻法:由E=IR+Ir知,只要能得到I、R的兩組數(shù)據(jù),列出關(guān)于E、r的兩個方程,就能解出E、r,用到的器材有電池、開關(guān)、電阻箱、電流表,電路圖如圖3所示.
圖3
二、實驗操作與實驗數(shù)據(jù)的處理
1.實驗步驟(以伏安法為例)
(1)電流表用0~0.6A量程,電壓表用0~3V量程,按實驗原理圖連接好電路.
(2)把滑動變阻器的滑片移到一端,使其接入電路中的阻值最大.
(3)閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電流表有明顯的示數(shù),記錄一組數(shù)據(jù)(I1、U1).用同樣的方法測量幾組I、U值.
(4)斷開開關(guān),整理好器材.
(5)處理數(shù)據(jù),用公式法或圖象法這兩種方法求出電池的電動勢和內(nèi)阻.
2.實驗數(shù)據(jù)的處理
(1)公式法
依次記錄的多組數(shù)據(jù)(一般6組)如表所示:
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實驗序號
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1
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2
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3
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4
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5
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6
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I/A
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I1
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I2
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I3
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I4
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I5
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I6
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U/V
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U1
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U2
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U3
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U4
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U5
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U6
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分別將1、4組,2、5組,3、6組聯(lián)立方程組解出E1、r1,E2、r2,E3、r3,求出它們的平均值作為測量結(jié)果.
E=,r=.
(2)圖象法
①根據(jù)多次測出的U、I值,作U-I圖象;
②將圖線兩側(cè)延長,縱軸截距的數(shù)值就是電池電動勢E(橫軸I從0開始);
③橫軸截距(路端電壓U=0)的數(shù)值就是短路電流;
④圖線斜率的絕對值等于電池的內(nèi)阻r,即r==,如圖4所示.