高考物理大一轮复习 第八章 恒定电流 实验十 测定电源的电动势和内阻课件

实验十 测定电源的电动势和内阻,实验基础,热点定位,跟踪训练,实验基础理解落实 夯基础,注意事项 1.电池选取:应选用内阻较大的电池. 2.实验操作:实验中不宜将电流调得过大,电表读数要快,每次读完数后立即断开开关. 3.数据要求:要测出不少于6组的(I,U)数据,且变化范围要大些. 4.描点画图:画U-I图线时,应使图线通过尽可能多的点,并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去. 5.纵轴标度的确定:画U-I图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而是依据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始).但这时图线和横轴的交点不再是短路电流,而图线与纵轴的截距仍为电源电动势,图线斜率的绝对值仍为内阻.,误差分析 1.偶然误差 (1)由于电表读数不准引起误差. (2)用图像法求E和r时,由于作图不准确造成的误差. (3)测量过程中通电时间过长或电流过大,都会引起E,r变化. 2.系统误差 (1)若采用(甲)图,其U-I图像如(乙)图所示.由于电压表的分流作用造成误差.,当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值等于真实值. E测E真. 因为r测= ,所以r测r真.,(2)若采用(丙)图,其U-I图像如(丁)图所示.,由于电流表的分压作用造成误差. E为真实值.,I短测I短真.,因为r测= ,所以r测r真,r测为r真和RA的串联值,由于通常情况下电池的内阻较小,所以这时r测的误差非常大.,热点定位重点透析 通热点,热点一 实验原理与实验步骤,【例1】 (2016四川卷,8)用如图所示电路测量电源的电动势和内阻.实验器材:待测电源(电动势约3 V,内阻约2 ),保护电阻R1(阻值10 )和R2(阻值5 ),滑动变阻器R,电流表A,电压表V,开关S,导线若干.,实验主要步骤: ()将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大,闭合开关; ()逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值,记下电压表 的示数U和相应电流表的示数I; ()以U为纵坐标,I为横坐标,作U-I图线(U,I都用国际单位); ()求出U-I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a. 回答下列问题:,(1)电压表最好选用 ;电流表最好选用 . A.电压表(03 V,内阻约15 k) B.电压表(03 V,内阻约3 k) C.电流表(0200 mA,内阻约2 ) D.电流表(030 mA,内阻约2 ),解析: (1)电压表内阻越大,分得的电流越小,误差也就越小,所以选内阻较大的A电压表;当滑动变阻器接入电阻最小时通过电流表电流最大,此时通过电流表电流大小约为I= 158 mA,所以选量程为200 mA的C电流表.,答案: (1)A C,(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示数增大.两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是 . A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱 B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱 C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱,另一条导线接在电阻丝左端接线柱 D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱,另一条导线接在电阻丝右端接线柱,解析: (2)由电路分析可知,滑片右移电压表示数变大,意味着滑动变阻器接入电路部分阻值增大,A选项若两导线都接电阻丝两端,接入电阻为最大阻值,不会变化;B选项两导线都接在金属杆两端上,接入电阻为0 ; C选项一导线接金属杆左端,一导线接电阻丝左端,则滑片右移时阻值增大,则电压表示数变大;D选项一导线接金属杆右端,一导线接电阻丝右端,则滑片右移时阻值减小,则电压表示数变小,故选项C正确.,答案: (2)C,(3)选用k,a,R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式, E= ,r= ,代入数值可得E和r的测量值.,答案: (3)ka k-R2,方法技巧 几种常见情况闭合电路欧姆定律的表达式 电路图如图所示,(1)B,C之间加定值电阻R0时,E=U+I(R0+r).,【教师备用】 (2016河南开封质检)某同学利用如图(甲)所示的电路测定电源的电动势和内电阻,实验中电表内阻对实验结果的影响很小,均可以忽略不计.闭合开关S后,变阻器的滑动触头P由变阻器的一端滑到另一端的过程中,两电压表示数随电流变化情况分别如图(乙)中的直线a,b所示.,(1)将如图(丙)所示实物图中未连接的部分元件,按电路图连接成实验电路.,解析: (1)将实物图中未连接的部分元件,按电路图连接成实验电路,如图所示.,答案: (1)见解析,(2)通过分析可知,图(乙)中直线 (填“a”或“b”)表示电压表V1示数随电流表A示数变化的关系. (3)根据U-I图像中坐标轴表示的数据,可求出电源电动势E= ,内电阻r= .,解析: (2)电压表V1的示数随电流表示数的变化图像应为a;电压表V2的示数随电流表示数的变化图像应为b.,答案: (2)a (3),【例2】 某兴趣小组用图(甲)所示的电路测定某电源的电动势和内阻,除待测电源、开关、导线外,另有内阻为RV=3 000 的电压表一只(量程略大于电源的电动势),电阻箱一个. (1)实验中调整电阻箱达到实验要求时,电阻箱的各个旋钮的位置如图(乙)所示,电阻箱的读数是 .,热点二 数据处理与误差分析,(2)为了减小测量误差,多次改变电阻箱的电阻R,读出电压表的示数U,得到如下表的数据.请在图(丙)坐标纸上画出 与R的关系图线.,(3)由图线得出:电源电动势E= V,内阻r= .(结果保留两位有效数字) (4)该小组同学测量电源内阻误差的主要原因可能是 . A.导线的电阻 B.电压表读数的误差 C.电压表的内阻 D.电阻箱的精确度,核心点拨 (1)电阻箱的读数不用估读.,(2)根据闭合电路欧姆定律的表达式整理出 -R关系式,并分析斜率和截距的意义.,解析: (1)电阻箱的读数为指示数乘以倍率,所以读数为4 000 .,(2)如图所示,(4)导线的电阻相对于电压表的内阻可以忽略;实验原理精确,所以主要是读取数据的误差,读取的是电压表的读数;电压表的内阻已知,电阻箱的读数很精确.故选B.,答案: (1)4 000 (2)见解析 (3)2.9 45 (4)B,方法技巧 图像法处理数据总结,【教师备用】 小明利用如图(甲)所示的电路测定旧电池组的电动势与内电阻. (1)用笔画线代替导线将图(乙)中的实物连线补充完整.,解析: (1)连线如图.,答案: (1)见解析,(2)由图(丙)可知,该电池组的电动势E= V,内阻r= . (保留两位有效数字),答案: (2)4.2 7.2,(3)小明又利用上述实验方案测定了同规格新电池组的电动势与内电阻.通过实验发现旧电池组与新电池组相比,电动势几乎没有变化,但它们的输出功率P随外电阻R变化的关系图线有较大差异,如图(丁)所示.可知图线 (选填“A”或“B”)对应的是新电池组,试说出判断的理由: .,答案: (3)B 理由见解析,热点三 实验的创新与改进,(2014全国卷,23),(2014大纲卷,23),(2016湖南益阳调研),新题体验,1.(2016河南八市重点高中质检)某实验小组要测量某电池的电动势和内阻. (1)实验中要测量的电池内阻较小,实验器材有被测电池,一电阻箱R,一只开关S,若干导线,内阻Rg=30 、量程为1 mA的电流表A,阻值为2 970 的定值电阻R0,阻值为2 的定值电阻R1,请设计合理的测量电池电动势及内阻的实验原理电路图,图中标明相关器材的字母符号.,解析: (1)由于题中给出的电流表量程太小,需要将其改装成较大量程的电压表.若改装成量程为3 V的电压表,需要串联一个电阻,由U=Ig(Rg+R)解得串联的电阻R=2 970 .因此用定值电阻R0与电流表串联可以改装成量程为3 V的电压表.这样就可以采用伏阻法测量电池的电动势和内阻.由于电池内阻很小,需要串联一个保护电阻,增大等效电源的内阻.电路图如图所示.,答案: (1)见解析,(2)为了比较准确地得出实验结论,该小组的同学准备用直线图像来处理实验数据,图像纵坐标表示电流表的示数I的倒数,横坐标表示的物理量是 .,答案: (2),(3)若作出的图像与纵轴的截距为 ,图像斜率绝对值为k,则可求得电池的电动势E= ,内阻r= .(用物理量的符号表示),答案: (3)I0(Rg+R0) kI0-R1,2.(2016湖南益阳调研)某实验小组利用如下实验器材测量干电池的电动势和内阻. A.待测干电池两节,每节干电池电动势约为1.5 V,内阻约几欧姆 B.直流电压表V1,V2,内阻约为3 k C.阻值为5 的定值电阻R0 D.滑动变阻器R,最大阻值为Rm E.导线和开关 (1)根据电路原理图完成电路实物图的连接.,解析: (1)连线如图所示.,解析: (1)见解析,(2)实验中移动滑动变阻器的触头,读出电压表V1和V2的多组数据如下表,请在坐标纸中描绘出U1-U2图像;,解析: (2)U1-U2图像如图所示.,解析: (2)见解析,(3)根据描绘出的U1-U2图像,求得两节干电池的总电动势E= V,总内阻r= .(计算结果保留两位有效数字),答案: (3)3.0 2.5,跟踪训练即时巩固 测效果,1.(2016北大附中河南分校模拟)为了测定电源电动势E、内电阻r的大小并同时描绘出小灯泡的伏安特性曲线,某同学设计了如图(甲)所示的电路.闭合开关,调节电阻箱的阻值,同时记录电阻箱的阻值R、电压表V1的示数U1、电压表V2的示数U2.根据记录数据计算出流过电阻箱的电流I,分别描绘了a,b两条U-I图线,如图(乙)所示.请回答下列问题. (1)写出流过电阻箱的电流的表达式:I= .,答案: (1),(2)小灯泡两端电压随电流变化的图像是 (选填“a”或“b”).,答案: (2)b,解析：(2)灯泡与电阻箱串联,电压表V1测灯泡两端的电压,灯泡两端电压随电流增大而增大,由图(乙)所示图像可知,图线b是灯泡电压随电流变化的关系图像.,(3)根据图(乙)可以求得电源的电动势E= V,内电阻r= ;该电路中小灯泡消耗的最大功率为 W.,解析: (3)随电流增大,路端电压减小,由图(乙)所示图像可知,图线a是电源的U-I图像,由图线a可知,电源电动势E=3.0 V,电源内电阻r= = =2 ;由图线a可知,灯泡两端最大电压为2.0 V,电流为0.5 A,灯泡最大功率P=UI=2.00.5 W=1 W.,答案: (3)3.0 2 1,2.(2016河北石家庄一模)许明同学想测量某电池的电动势E和内阻r,选用器材如下: 电流表A1(量程50 mA,内阻RA1约为10 ) 电流表A2(双量程,一量程为20 mA,另一量程为200 mA) 电阻箱R(0999.9 ) 定值电阻R0(阻值为4.0 ) 开关两个 导线若干 该同学设计了如图所示电路,并进行如下操作:,(1)实验中电流表A2选择 量程. (2)将开关S1闭合,S2断开,调整电阻箱R,记下电流表A1,A2的示数I1= 30.0 mA,I2=120 mA,则电流表A1的内阻RA1= .,答案: (1)200 mA (2)12.0,解析: (1)根据步骤中提供的电流表A2的示数,知电流表A2应选用200 mA的量程.,(3)保持S1闭合,再闭合S2,调整电阻箱R,记下电阻箱阻值分别为30.0 , 90.0 时对应的电流表A1的示数为25.0 mA,10.0 mA.由此可求得 E= V,r= .(计算结果保留两位有效数字),答案: (3)4.0 7.0,3.(2016安徽师大附中模拟)小王和小李两同学分别用电阻箱、电压表测量不同电源的电动势和内阻. (1)小王所测电源的内电阻r1较小,因此他在电路中接入了一个阻值为2.0 的定值电阻R0,所用电路如图(甲)所示.,请用笔画线代替导线将图(乙)所示器材连接成完整的实验电路.,解析: (1)根据电路图,实物图连接如图所示.,答案: (1)见解析,闭合开关S,调整电阻箱的阻值R,读出电压表相应的示数U,得到了一组(U,R)数据.为了比较准确地得出实验结论,小王同学准备用直线图像来处理实验数据,图像的纵坐标表示电压表读数U,则图像的横坐标表示的物理量应该是 .,答案: ,(2)小李同学所测电源的电动势E2约为9 V,内阻r2为3555 ,允许通过的最大电流为50 mA.小李同学所用电路如图(丙)所示,图中电阻箱R的阻值范围为09 999 . 电路中R0为保护电阻.实验室中备有以下几种 规格的定值电阻,本实验中应选用 . A.20 ,125 mA B.50 ,20 mA C.150 ,60 mA D.1 500 ,5 mA,答案: (2)C,实验中通过调节电阻箱的阻值,记录电阻箱的阻值R及相应的电压表的示数U,根据测得的多组数据,作出 - 图线,图线的纵轴截距为a,