2020高考物理第八章实验十测定电源的电动势和内阻教案鲁科版.docx

实验十测定电源的电动势和内阻一、基本原理与操作原理电路图操作要领原理：闭合电路欧姆定律EUIr（1）连接电路：按实验电路图连接好电路（2）测量与记录：闭合开关，调节滑动变阻器，测量出多组I、U值，填入对应的表格中二、数据处理1.计算方法2.图象法：画出电源的UI图象，如图所示，（1）图线与纵轴交点为E（2）图线斜率的绝对值表示r|注意事项（1）可选用旧电池：为了使电路的路端电压变化明显。（2）电流不要过大，读数要快：干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大。（3）合理选择标度：为使图线分布空间大，如图所示，纵坐标可以不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，应根据r|确定。误差分析（1）用图象法求E和r时作图不准确。（2）由于电流表或电压表的分压或分流存在系统误差。（3）本实验中测量结果是：E测E真，r测r真。热点一教材原型实验【例1】利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。（1）应该选择的实验电路是图1中的（选填“甲”或“乙”）。图1（2）现有电流表（00.6 A）、开关和导线若干，以及以下器材：A.电压表（015 V）B.电压表（03 V）C.滑动变阻器（050 ）D.滑动变阻器（0500 ）实验中电压表应选用；滑动变阻器应选用；（选填相应器材前的字母）（3）某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图2中的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出UI图线。序号123456电压U/V1.451.401.301.251.201.10电流I/A0.0600.1200.2400.2600.3600.480图2（4）根据（3）中所画图线可得出干电池的电动势E V，内电阻r 。（结果保留2位小数）解析（1）干电池内电阻较小，远小于电压表内阻，选用甲电路时电源内电阻的测量值相对误差小。（2）因为一节干电池的电压在1.5 V左右，所以电压表选用03 V量程的；为了便于调节，滑动变阻器选用变阻范围050 的。（3）作图过程略，如图：（4）由UEIr知UI图线在U轴上的截距表示E、斜率的绝对值表示r。由图线可得E1.50 V，r0.83 。答案（1）甲（2）BC（3）见解析图（4）1.50（1.491.51）0.83（0.810.85）热点二实验拓展创新命题角度结合电表的改装测定电源的电动势和内阻【例2】某同学在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：A.待测的干电池（电动势约为1.5 V，内阻小于1.0 ）B.电流表A1（量程03 mA，内阻Rg110 ）C.电流表A2（量程00.6 A，内阻Rg2约为0.1 ）D.滑动变阻器R1（阻值范围020 ，额定电流10 A）E.滑动变阻器R2（阻值范围0200 ，额定电流1 A）F.电阻箱R0（阻值范围0999 ）G.开关和导线若干（1）某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图 a、b、c、d所示的四个参考实验电路，并计划用图象法处理实验数据，其中最合理的是图所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能准确地进行测量，滑动变阻器应选（填写器材前的字母代号）。（2）该同学选出合理的实验电路后，把与R0串联的电流表当作量程为03 V的电压表使用，于是将电阻箱R0的阻值调至 。（3）图3为该同学利用（1）中选出的合理的实验电路测出的数据绘出的I1I2图线（I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数），被测干电池的电动势E V，内阻r 。（结果保留2位小数）图3解析（1）将小量程电流表A1与电阻箱R0串联并将电阻箱调至某一合适的阻值从而将电流表改装为电压表，由此排除图a、图d所示的电路；对于图b所示的电路，根据闭合电路欧姆定律可得E（I1I2）rI1（Rg1R0），对于图c所示的电路，根据闭合电路欧姆定律可得EI2（Rg2r）I1（Rg1R0），由于Rg2的准确值未知，用图象法处理数据，会使测量结果不准确，故应选图b所示的电路。由电流表A2的量程分析可知，滑动变阻器应选D。（2）根据题图分析可知应将电阻箱R0的阻值调至990 ，从而将电流表改装为量程为03 V的电压表。（3）由图b所示的电路可得I1I2图线的表达式为I1I2，图象在纵轴上的截距为1.48 mA；图线的斜率的绝对值k，联立并代入数据解得E1.48 V，r0.85 。答案（1）bD（2）990（3）1.480.85命题角度用电流表、电阻箱测电源的电动势和内阻实验原理实验电路数据处理误差来源EIRIr（1）图象法R（2）计算法EI1R1I1rEI2R2I2r电流表的分压E测E真，r测r真【例3】（2018江苏单科，10）一同学测量某干电池的电动势和内阻。（1）如图4所示是该同学正准备接入最后一根导线（图中虚线所示）时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处_。图4（2）实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见下表：R/8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26/A16.76.05.34.53.8图5根据表中数据，在图5方格纸上作出R关系图象。由图象可计算出该干电池的电动势为 V；内阻为 。（3）为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱，当电流表的示数为0.33 A时，电压表的指针位置如图6所示，则该干电池的电动势应为 V；内阻应为 。图6解析（1）在连接电路前，首先要断开开关，电路中串联的电阻箱（或滑动变阻器）阻值要调节到最大，所以操作中存在的不妥之处是：开关未断开；电阻箱阻值为零。（2）根据测量得到的数据，利用描点法先在坐标图中画出数据点，然后用直尺过尽可能多的点画出倾斜的直线，如图所示。对题图5，利用闭合电路欧姆定律，可得EI（Rr），变化成REr，对照作出的R图象，可知R图象的斜率等于电池的电动势，可得E1.4 V，R图象在纵轴的截距的绝对值等于电池的内阻，可得r1.2 。（3）根据电压表的读数规则，题图6中电压表读数U66 mV，由题述知I0.33 A，根据欧姆定律可得电流表内阻RA0.2 。对题图4，考虑到电流表内阻，利用闭合电路欧姆定律，可得EI（RrRA），变化成RE（rRA），对照作出的R图象，可知R图象的斜率等于电池的电动势，可得E1.4 V；R图象在纵轴的截距的绝对值等于电池的内阻与电流表内阻之和，可得电池的内阻为1.0 。答案（1）开关未断开；电阻箱阻值为零。（2）图象见解析1.4（1.301.44都算对）1.2（1.01.4都算对）（3）1.4结果与（2）问第一个空格一致1.0结果比（2）问第二个空格小0.2命题角度用电压表、电阻箱测电源的电动势和内阻实验原理实验电路数据处理误差来源EUr（1）图象法（2）计算法EU1rEU2r电压表的分流E测E真，r测r真【例4】某同学仅用一个电压表、一个电阻箱、一个开关和若干导线测量某一电源的电动势E和内阻r。图7（1）请你根据上述器材，设计出测量电源的电动势和内阻的实验电路，并按你设计的实验电路进行实物连接，图7甲中已连好了部分电路，要求在不变动已有电路的前提下，正确完成其余电路的连接。（2）实验中，该同学多次改变电阻箱的阻值R并测得对应的电压U，再根据多组R、U数据作出U图象，则U 图线为图乙中的（填“”或“”）图线。（3）该电源的电动势测量值为E测 V，内阻r测 。（结果保留2位小数）解析（1）根据所给器材设计电路图如图a所示，所以实验电路的实物连线图如图b所示。（2）由闭合电路欧姆定律可得U图线的表达式为UEr，所以U图线为图乙中的图线。（3）U图线的纵轴截距为该电源的电动势测量值，则E测1.47 V，图线的斜率绝对值为该电源内阻的测量值，有r测 0.98 。答案（1）见解析图（2）（3）1.47（1.461.48均正确）0.98（0.961.00均正确）1.某探究小组准备用图8甲所示电路测量某电源的电动势和内阻，实验器材如下：待测电源（电动势约2 V），电阻箱R（最大阻值为99.99 ），定值电阻R0（阻值为2.0 ），定值电阻R1，（阻值为4.5 k），电流表G（量程为400 A，内阻Rg500 ），开关S，导线若干。图8（1）图甲中将定值电阻R1和电流表G串联，相当于把电流表G改装成了一个量程为V的电压表。（2）闭合开关，多次调节电阻箱，并记下电阻箱的阻值R和电流表G的示数I。（3）分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则和的关系式为。（用题中字母表示）（4）以为纵坐标，为横坐标，探究小组作出图象如图乙所示。根据该图象求得电源的内阻r0.50 ，则其电动势EV。（计算结果保留2位小数）（5）该实验测得的电动势E测与真实值E真相比，理论上E测E真。（选填“”“”或“”）解析（1）将定值电阻R1和电流表G串联，相当于把电流表G改装成了一个电压表，由部分电路欧姆定律可知UVI（RgR1）2 V。（3）电路中的总电流可表示为I总I，对闭合电路有EI总（rR0）I（R1Rg），联立可解得。（4）由题图乙中斜率k A1，解得E2.08 V。（5）根据公式可知该实验中电动势测量结果无系统误差，故测得的电动势E测与真实值E真相等。答案（1）2（3）（4）2.08（2.072.09均可）（5）2.某同学设计了如图9甲所示的电路来测量电源电动势E及电阻R1和R2的阻值。实验器材有：待测电源E（不计内阻），待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V（量程为3 V，内阻很大），电阻箱R（099.99 ），单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。图9（1）先测电阻R1的阻值。请将该同学的操作补充完整：A.闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数R0和对应的电压表示数U1。B.保持电阻箱示数不变，读出电压表的示数U2。C.则电阻R1的表达式为R1。（2）该同学已经测得电阻R13.2 ，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值，其做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图乙所示的图线，则电源电动势EV，电阻R2。解析（1）由题知，为了多测数据，应将S2切换到b；由欧姆定律有U2I（R0R1），U1IR0，联立解得R1R0；（2）根据EU（R1R2），变形得，对比图象有0.5，得E2 V；2.0，R13.2 ，得R20.8 。答案（1）将S2切换到bR0（2）20.83.2017天津理综，9（3）某探究性学习小组利用如图10所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r11.0 k，电阻R19.0 k，为了方便读数和作图，给电池串联一个R03.0 的电阻。图10按图示电路进行连接后，发现aa、bb和cc三条导线中，混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的，将电键S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b间电压，读数不为零，再测量a、a间电压，若读数不为零，则一定是导线断开；若读数为零，则一定是导线断开。排除故障后，该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如图11。由I1I2图象得到电池的电动势E V，内阻r 。图11解析用多用电表的电压挡检测电路故障，电压表的表头是电流计，原电路有断路，回路中无电流，将电压表接在a、b间后有示数，说明电路被接通，即a