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电源电动势和内阻是反映电源本身特性的两个重要物理参量,测定电源的电动势和内阻是必考内容中所规定的十一个重要实验之一.复习中采用“问题解决型”学习模式,围绕以下几个环节进行:
(1)以创设问题情景为主线,通过变换实验器材,改变设问条件,拓展思维领域;
(2)从实验原理、实验步骤、数据处理、误差分析及实验结论等诸多方面,开放探究空间;
(3)充分挖掘和利用教材中已学过的实验原理和方法的潜在功能,举一反三,以不变应万变.
其“问题解决型”学习主要过程如下:
问题1:用什么简单方法可以估测一节干电池的电动势?
测定方法:可以用一块电压表直接测定,或用多用电表的直流电压档测定.实验电路原理图如图1.
测量值
真实值
实验结论:测量值小于真实值,当 时,测量误差较小.
引申思考:若是利用多用电表的直流电压档测量,应注意哪些问题?(提示:注意量程的选择及红黑表笔的连接方式等)
问题2:若再增加一个定值电阻 ,能测定出电源电动势和内阻吗?
测量方法:实验电路原理图如图2所示,实验时断开S,读出 ;合上S,读出 ,则有测量值 :
又
则
真实值:
实验结论:测量值小于真实值,当 及 时,测量误差较小.
问题3:如果把定值电阻换成一个电阻箱,又将如何测定?
测定方法:实验电路原理图如图3所示,实验时,合上S,调节电阻箱阻值分别为 、 ,读出电压表对应的示数值 、 ,则有
误差分析:由于试验中电压表内阻 的存在,具有分流的作用,故其测量值均小于其真实值,其关系为:
注意到2011年四川高考题,它给出了三个电压表,其中一个已知内阻,其余两个则是内阻大约为某值.要求先串联一个电阻扩大量程,然后再利用一个电阻箱等器材,画出测定电源电动势和内阻的电路图,并根据所提供的两组电压表示数及对应的电阻箱的阻值,计算出电源电动势和内阻值.应该说只要复习时落实好了问题3,解答这道高考题是完全没有问题的.
引申思考:在上述实验步骤中,为了减小误差,你认为应该做哪些改进?
问题3及引申思考的问题,实际上就是2001上海一道高考题的内容.要求通过对实验数据的处理和分析,认识到仅有两次测量所得出的实验结果误差较大,应通过多次改变电阻箱阻值R,读取若干个相应的 值,并由 计算得出相应的电流值,然后利用u-I 图线得出E、r值.在近几年高考命题中,类似问题频频出现,例如2010年上海高考题第29题。
问题4:在上问中若把电压表改换成电流表,应该怎样测定?
测定方法:实验电路原理图如图4所示,合上开关S,调节电阻箱阻值分别为 时,相应读出电流表数 ,则有
误差分析:由于电流表 的分压作用,电源电动势和内阻的测量值与真实值的关系为:
引申思考:在上述试验中,由于仅由两组数据所得实验结果偶然误差较大,某研究型学习小组通过多测几组R和I的数据,并给出如图4-1所示的R- 图线,由此得到E=____V,r=____ .
以上引申思考问题,实际上就是2006年天津高考题的内容.要求考生能从图像中获取两组数据,代入问题4中的方程组,解得E=2.9V,r=0.9 .
问题5:怎样运用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻?试画出实验电路原理图,并说明实验方法及误差情况.
本问题是教材内容,可先画出其实验电路原理图如图5所示.对实验误差分析可知,由于试验中电压表内阻 的存在,具有分流的作用,故其测量值均小于其真实值,其关系为:
如果利用图像法来表示误差,即可得到如右图所示的图线:
当然,也有同学画出如下图所示实验电路原理图,应该通过与上述实验进行比较,特别是从误差角度来分析说明.由于电流表 的分压作用,电源电动势和内阻的测量值与真实值的关系为:
如果利用图像法来表示误差,也可得到如右图的图线。
必须明确的是,由于电流表内阻 相对电源内阻较大,所引起的系统实验误差也较大,因此,教材中选用图5进行实验.由于这个实验学生做过,平时也有一些习题训练,因此解答并不困难.关键是在此基础上将问题进行迁移和拓展.其实近年许多高考实验题,也正是运用所学过的实验原理、实验方法和实验仪器去设计实验,处理问题.为此可做如下几个方面的拓展.
拓展1:此实验中滑动变阻器的主要作用是什么?如果电源电动势较大,使电路中的电流和电压超过电表量程,应该怎么办?
通过分析思考,明确滑动变阻器的主要作用是通过改变外电阻的大小,使干路中的电流及路端电压相对应地发生改变,从而获取多组u、I数据,作出u-I图线,得出E、r的数值.如果电流表或者电压表量程不够,最简单的方法就是在电路中串接定值电阻 ,如图6所示,由于 在电路中起限流和分压的作用,因此能使电流表和电压表得到保护,所以 此电阻也常称为保护电阻.此问题正是2005年全国高考题的命题内容.
拓展2:如果实验中所给的是双电流表,应怎样根据题给条件测定?可以参见2009年海南高考14题。
拓展3:如果实验中所给的是双电压表,应怎样根据题给条件测定?可以参见2009年重庆高考22题。
责任编辑 李婷婷
(1)以创设问题情景为主线,通过变换实验器材,改变设问条件,拓展思维领域;
(2)从实验原理、实验步骤、数据处理、误差分析及实验结论等诸多方面,开放探究空间;
(3)充分挖掘和利用教材中已学过的实验原理和方法的潜在功能,举一反三,以不变应万变.
其“问题解决型”学习主要过程如下:
问题1:用什么简单方法可以估测一节干电池的电动势?
测定方法:可以用一块电压表直接测定,或用多用电表的直流电压档测定.实验电路原理图如图1.
测量值
真实值
实验结论:测量值小于真实值,当 时,测量误差较小.
引申思考:若是利用多用电表的直流电压档测量,应注意哪些问题?(提示:注意量程的选择及红黑表笔的连接方式等)
问题2:若再增加一个定值电阻 ,能测定出电源电动势和内阻吗?
测量方法:实验电路原理图如图2所示,实验时断开S,读出 ;合上S,读出 ,则有测量值 :
又
则
真实值:
实验结论:测量值小于真实值,当 及 时,测量误差较小.
问题3:如果把定值电阻换成一个电阻箱,又将如何测定?
测定方法:实验电路原理图如图3所示,实验时,合上S,调节电阻箱阻值分别为 、 ,读出电压表对应的示数值 、 ,则有
误差分析:由于试验中电压表内阻 的存在,具有分流的作用,故其测量值均小于其真实值,其关系为:
注意到2011年四川高考题,它给出了三个电压表,其中一个已知内阻,其余两个则是内阻大约为某值.要求先串联一个电阻扩大量程,然后再利用一个电阻箱等器材,画出测定电源电动势和内阻的电路图,并根据所提供的两组电压表示数及对应的电阻箱的阻值,计算出电源电动势和内阻值.应该说只要复习时落实好了问题3,解答这道高考题是完全没有问题的.
引申思考:在上述实验步骤中,为了减小误差,你认为应该做哪些改进?
问题3及引申思考的问题,实际上就是2001上海一道高考题的内容.要求通过对实验数据的处理和分析,认识到仅有两次测量所得出的实验结果误差较大,应通过多次改变电阻箱阻值R,读取若干个相应的 值,并由 计算得出相应的电流值,然后利用u-I 图线得出E、r值.在近几年高考命题中,类似问题频频出现,例如2010年上海高考题第29题。
问题4:在上问中若把电压表改换成电流表,应该怎样测定?
测定方法:实验电路原理图如图4所示,合上开关S,调节电阻箱阻值分别为 时,相应读出电流表数 ,则有
误差分析:由于电流表 的分压作用,电源电动势和内阻的测量值与真实值的关系为:
引申思考:在上述试验中,由于仅由两组数据所得实验结果偶然误差较大,某研究型学习小组通过多测几组R和I的数据,并给出如图4-1所示的R- 图线,由此得到E=____V,r=____ .
以上引申思考问题,实际上就是2006年天津高考题的内容.要求考生能从图像中获取两组数据,代入问题4中的方程组,解得E=2.9V,r=0.9 .
问题5:怎样运用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻?试画出实验电路原理图,并说明实验方法及误差情况.
本问题是教材内容,可先画出其实验电路原理图如图5所示.对实验误差分析可知,由于试验中电压表内阻 的存在,具有分流的作用,故其测量值均小于其真实值,其关系为:
如果利用图像法来表示误差,即可得到如右图所示的图线:
当然,也有同学画出如下图所示实验电路原理图,应该通过与上述实验进行比较,特别是从误差角度来分析说明.由于电流表 的分压作用,电源电动势和内阻的测量值与真实值的关系为:
如果利用图像法来表示误差,也可得到如右图的图线。
必须明确的是,由于电流表内阻 相对电源内阻较大,所引起的系统实验误差也较大,因此,教材中选用图5进行实验.由于这个实验学生做过,平时也有一些习题训练,因此解答并不困难.关键是在此基础上将问题进行迁移和拓展.其实近年许多高考实验题,也正是运用所学过的实验原理、实验方法和实验仪器去设计实验,处理问题.为此可做如下几个方面的拓展.
拓展1:此实验中滑动变阻器的主要作用是什么?如果电源电动势较大,使电路中的电流和电压超过电表量程,应该怎么办?
通过分析思考,明确滑动变阻器的主要作用是通过改变外电阻的大小,使干路中的电流及路端电压相对应地发生改变,从而获取多组u、I数据,作出u-I图线,得出E、r的数值.如果电流表或者电压表量程不够,最简单的方法就是在电路中串接定值电阻 ,如图6所示,由于 在电路中起限流和分压的作用,因此能使电流表和电压表得到保护,所以 此电阻也常称为保护电阻.此问题正是2005年全国高考题的命题内容.
拓展2:如果实验中所给的是双电流表,应怎样根据题给条件测定?可以参见2009年海南高考14题。
拓展3:如果实验中所给的是双电压表,应怎样根据题给条件测定?可以参见2009年重庆高考22题。
责任编辑 李婷婷