2020版高考物理总复习8第5讲实验：测定电源的电动势和内阻教案新人教版.docx

第5讲实验：测定电源的电动势和内阻一、实验目的测定电源的电动势和内阻。二、实验原理1用电压表、电流表、可变电阻(如滑动变阻器)测量。如图甲所示：测出两组U、I值，就能算出电动势和内阻。原理公式：EUIr。2用电流表、电阻箱测量。如图乙所示：测出两组I、R值，就能算出电动势和内阻。原理公式：EI(Rr)。3用电压表、电阻箱测量。如图丙所示：测出两组U、R值，就能算出电动势和内阻。原理公式：EUr。下面以图甲所示的方法介绍实验步骤和实验数据的处理方法。三、实验器材电池(待测电源)，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，导线，坐标纸。四、实验步骤1确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好。2把滑动变阻器滑片移到电阻阻值最大的一端。3闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组电压、电流值。4断开开关，整理好器材。5数据处理：在坐标纸上作 UI图线，求出E、r。五、数据处理1公式法：原则上，利用两组U、I数据，根据公式EUIr便可得到E、r，但这样误差较大，为减小误差，可测多次求平均值。2图象法：将多组U、I数据描在坐标纸上，利用图线求解电动势和内阻。(1)图线的纵坐标是路端电压，横坐标是干路电流，根据 UEIr，图线是向下倾斜的直线。(2)电阻的伏安特性曲线中，U与I成正比，前提是R保持一定，而这里的UI图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R的变化，才有I和U的变化。(3)实验中至少得到5组以上实验数据，画在坐标纸上拟合出一条直线。要使多数点落在直线上，且分布在直线两侧的点个数大致相等。(4)将图线延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就等于电动势。横轴截距点(路端电压U0)意味着短路情况，它的数值等于短路电流。特别提醒(1)两个截距点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推得到的。(2)由于r一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r时选取直线上相距较远的两点求得。六、注意事项1实验电路图：电流表和滑动变阻器串联后与电压表并联。2电流表一般选00.6 A挡，电压表一般选03 V挡。3电流不能过大，一般小于0.5 A。4由于电池内阻一般较小，为使电压表读数有明显变化，可采用内阻较大的旧电池，或给电池串联一个定值电阻R0，测出等效内阻后再减掉R0即可。七、误差分析1系统误差：由于电压表的分流，电流表读数略小于干路总电流，使E、r测量值均小于真实值。2偶然误差：读数或作图不准确会产生偶然误差。(判断正误，正确的画“”，错误的画“”。)1除了伏安法测电源电动势和内阻外还可以用电压表和滑动变阻器来测电源的电动势和内阻。()2根据电源的UI图象可以求得电源的电动势和内阻。()1. (实验原理)(多选)用如图所示的电路测量电池电动势和内阻时，若有两只电压表V1、V2量程相同，内阻分别为RV1、RV2，且RV1RV2；两只电流表A1、A2量程相同，内阻分别为RA1、RA2，且RA1RA2，在实验中，为了使E、r的测量值更精确一些，选择的电表应该是()AV1与A1 BV1与A2CV2与A1 DV2与A2解析由于电压表有分流作用，所以电阻越大分流作用越小，测量结果精确一些，故A、B两项正确。答案AB2(实物连线和数据处理)用电流表和电压表测电池的电动势和内阻，提供的器材如图甲所示。(1)用实线代表导线把图甲中的实物连接成测量电路。(两节干电池串联作为电源，图中有部分线路已连好)(2)图乙中的6个点表示实验测得的6组电流I、电压U的值，按照这些实验值作出UI图线，由此图线求得的每节电池电动势E_V，每节电池的内阻r_。(结果保留三位有效数字)解析(1)测量电路的实物连接图如图甲所示。(2)按照实验值作出的UI图线如图乙所示。从图象可以得出，图线在U轴上的截距为2.96 V，则每节电池的电动势为E2.96 V1.48 V。图线斜率的绝对值为k0.727，即电源的内阻为r电0.727 ，每节电池的内阻为rr电0.364 。答案(1)见解析图甲(2)UI图线见解析图乙1.480.364考点1伏安法测电源电动势和内阻考|点|速|通伏安法测电源的电动势和内阻的原理关系式是UEIr，其电路如图。典|例|微|探【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(020 )C滑动变阻器(01 k)D电压表(03 V)E电流表(00.6 A)F电流表(03 A)G开关、导线若干其中滑动变阻器应选_，电流表应选_。(均填选项字母)(2)为了最大限度地减小实验误差，请在下面的虚线框中画出该实验最合理的电路图。(3)某同学记录的实验数据如下表所示，试根据这些数据在图中画出UI图线，根据图线得到被测电池的电动势E_V，内阻r_。123456I/A0.100.150.200.250.300.40U/V1.321.261.181.131.040.93解析(1)由于干电池的电动势只有1.5 V，滑动变阻器应选B，从测量的数据可以看出电流最大只有0.4 A，电流表应选E。(2)电路图如图所示。(3)作出的UI图象如图所示，从图象可以看出在U轴上的截距为1.45 V，即电源的电动势为1.45 V。图象斜率的绝对值为k 1.3 。答案(1)BE(2)见解析图(3)UI图象见解析图1.451.3题|组|冲|关1用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6 V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有：电流表A1(量程030 mA)；电流表A2(量程0100 mA)；电压表V(量程06 V)；滑动变阻器R1(阻值05 )；滑动变阻器R2(阻值0300 )；开关S一个，导线若干条。某同学的实验过程如下：设计如图甲所示的电路图，正确连接电路。将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，I为横轴，得到如图乙所示的图线。断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变。重复的步骤，得到另一条UI图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0,0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)。回答下列问题：(1)电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(2)由图乙的图线，得电源内阻r_ 。(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx_，代入数值可得Rx。(4)若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围_，电压表示数变化范围_。(均填“相同”或“不同”)解析(1)由题图乙知，电流最大不超过100 mA，电流表选A2。R60 ，滑动变阻器应选R2。(2)图线斜率绝对值等于电源内阻，r 25 。(3)Rx改接B、C之间，作出UI图象，图线斜率绝对值为Rxr，因此Rxr。(4)电流表测量干路电流，不论Rx接在什么位置，电路中的总电阻是相同的，根据I，可判断出电流表示数变化范围相同。电压表测量电路不同部分，根据UIR，可判断出电压表示数变化范围不同。答案(1)A2R2(2)25(3)r(4)相同不同2利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻。要求尽量减小实验误差。(1)应该选择的实验电路是图中的_(填“甲”或“乙”)。(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_。(均填选项字母)(3)某位同学记录的6组数据如表所示，其中5组数据的对应点已经标在图的坐标纸上，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(4)根据(3)问中所画图线可得出干电池的电动势E_ V，内阻r_ 。(5)实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化。下图的各示意图中正确反映PU关系的是_。(填选项字母)解析(1)测量电源电动势和内阻实验中，由于干电池的内阻很小，电流表应内接，所以应该选择的实验电路为甲。(2)由于干电池的电动势大约为1.5 V，所以电压表选择量程为3 V的，滑动变阻器选择050 的。(3)在图中标出第2组数据后，可以看出，除第4组数据所描点偏离直线较多外，其他5组数据所描点都大致处于一条直线上，用直尺过尽可能多的点作一直线，不在直线上的点尽可能分居直线两侧，得到干电池的伏安特性曲线。(4)根据闭合电路欧姆定律，EUIr，变化为UEIr。由此可知，干电池的伏安特性曲线在纵轴的截距数值等于电源电动势，斜率的绝对值等于电源内阻，所以电池的电动势E1.50 V，内阻r0.83 。(5)根据电源最大输出功率的条件，当外电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大。此时电压表示数等于电源电动势的一半，C项正确。答案(1)甲(2)BC(3)如图(4)1.50(1.491.51)0.83(0.810.85)(5)C考点2测量电动势和内阻的其他方法考|点|速|通1安阻法用一个电流表和电阻箱测量，电路如图，测量原理为EI1(R1r)，EI2(R2r)，由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。2伏阻法用一个电压表和电阻箱测量，电路如图，测量原理为EU1r，EU2r，由此可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。3粗测法：用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源电动势，此时UE，需满足RVr。4.双伏法：用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示。测量方法为：断开S时，测得V1、V2的示数分别为U1、U2，此时，EU1U2r，RV为V1的内阻；再闭合S，V1的示数为U1，此时EU1r，解方程组可求得E和r。典|例|微|探【例2】某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材：一个满偏电流为100 A、内阻为2 500 的表头，一个开关，两个电阻箱(0999.9 )和若干导线。(1)由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表，则应将表头与电阻箱_(填“串联”或“并联”)，并将该电阻箱阻值调为_ 。(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量，实验电路如图甲所示，通过改变电阻R测相应的电流I，且作相关计算后一并记录如下表：123456R/95.075.055.045.035.025.0I/mA15.018.724.829.536.048.0IR/V1.421.401.361.331.261.20(3)根据表中数据，图中已描绘出四个点，现将5、6两组数据也描绘在图乙中，并描绘IRI图线。(4)根据图线可得电池的电动势E是_ V，内阻r是_ 。解析(1)改装电流表时，在表头上并联一个电阻，即电阻箱。当表头满偏时UgIgRg，Ug0.1 mA2 500 250 mV，R5.0 ，所以电阻箱调至5.0 。(3)描点、连线，作出的IRI图线如图所示。(4)连线时注意作出倾斜直线，并使直线经过尽可能多的点，不能在直线上的点均匀分布在直线两侧，舍弃明显偏离直线的点。从图象上看，纵轴截距为电动势，E1.53 V。从实验原理上看，图线斜率为电源内阻与改装电表的内阻之和，电流表内阻为2 500 与5 电阻并联而成，RA5 ，图线斜率k7.0 ，因此r(7.05.0) 2.0 。答案(1)并联5.0(3)见解析图(4)1.532.0题|组|冲|关1根据闭合电路欧姆定律，用图甲所示电路可以测定电池的电动势和内阻。图中R0是定值电阻，通过改变R的阻值，测出R0两端的对应电压U12，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的。根据实验数据在R坐标系中描出坐标点，如图乙所示。已知R0150 ，请完成以下数据分析和处理。(1)图乙中电阻为_ 的数据点应剔除。(2)在图乙坐标纸上画出R关系图线。(3)图线的斜率是_(V11)，由此可得电池电动势E_ V。解析(1)由图可知，明显不在直线上的点对应的横坐标为80 。(2)R关系图线如图所示。(3)由图象可知，斜率为0.004 44；根据闭合电路欧姆定律，E(R0Rr)，得R(R0r)，可知0.004 44，得E1.50 V。答案(1)80(2)见解析(3)0.004 441.502为了测量两节串联干电池的电动势。某同学设计了如图甲所示的实验电路，其中E是待测电池组电动势，内阻不能忽略，且未知；S1、S2是单刀单掷开关；导线若干。V1内阻为R。(1)请根据电路图甲，在图乙中将器材连成实物图。(2)实验需要测量的物理量是_。(3)用测出的物理量，导出串联电池组电动势的表达式是_。解析连接实物图如图所示先闭合S1、断开S2，记下V1、V2的示数U1、U2，设V1的内阻为R，由闭合电路欧姆定律可得EU1U2r再闭合S2，记下V1的示数U，则有EUr，联立解得E。答案(1)见解析图(2)S1闭合、S2断开时，V1、V2的示数U1、U2；S1、S2闭合后V1的示数U(3)E1(2019山西省省际名校联考)为测量一节干电池的电动势E和内阻r，实验室提供有以下器材：一个满偏电流为1 mA、内阻为250 的电流表G；一个开关；两个电阻箱(099.99 )和若干导线。某同学设计了图甲的电路进行测量：(1)由于电流表G的量程较小，首先将G改装成量程为100 mA的电流表，则电阻箱R1的阻值应调为_。(2)改变电阻箱R的值，读出R与对应表头的示数。当R的值为26.10 时，G的示数为0.50 mA；当R的值为14.70 时，G的示数为0.80 mA；可求得电池的电动势E_V，内阻r_。(3)如图乙所示，用一量程为0.1 A、内阻为5.0 的标准电流表A对改装的100 mA电表进行校准，校准时需选取的刻度为20 mA100 mA。用该干电池供电，则定值电阻R0应选用下列的_；滑动变阻器R应选用下列的_。(填选项前字母)A5 B10 C50 D100 (4)若校对中发现改装的电表的示数总略小于标准电流表A的示数，可采用的校正措施是_(填“减小”或“增大”)R1的阻值。解析(1)将改装成量程为100 mA的电流表，则电阻箱的阻值R1 2.53 。(2)改装后电流表的电阻RA改2.5 ，由(1)可知，R的值为26.10 时，电路总电流为50 mA；R的值为14.70 时，电路总电流为80 mA，将两组数据带入EI(rRA改R)，解方程组可得E1.52 V，r1.80 。(3)校准时需选取的刻度为20 mA100 mA，所以电路中最小电流应比20 mA略小，最大电流比100 mA略大，滑动变阻器R0时，Imax，解得R0应小于5.9 ，需选A；当R取最大值，Imin，R应大于61.7 ，需选D。(4)要增大改装的电表的示数，应增大R1的阻值。答案(1)2.53(2)1.521.80(3)AD(4)增大2(2019莆田质检)某型号电池的电动势约3.7 V，内阻约2 ，现欲测定其电动势E和内阻r，给定的器材有：待测电池E滑动变阻器R(015 ，1 A)直流电压表V(量程3 V，内阻约为6 k)直流毫安表mA(量程100 mA，内阻RA5 )开关S一个；导线若干(1)为了把毫安表改装成量程为0.6 A的电流表，需要给毫安表并联一个阻值R0_的定值电阻。(2)按图甲所示连接好电路，实验过程中要使电压表读数变大，则滑动变阻器滑片应_(填“向左”或“向右”)移动。(3)用该电路测量出多组数据，作出图乙所示的UI图象(I为毫安表示数)，横坐标截距为a，纵坐标截距为b，则待测电池电动势E_，内阻r_(用只含a、b字母的式子表示)。解析(1)为了把毫安表改装成量程为0.6 A 的电流表，需要给毫安表并联一个阻值R01 的定值电阻。(2)实验过程中要使电压表读数变大，则应该增大外电路的电阻，则滑动变阻器滑片应向右移动。(3)因改装后的电流表量程是原来的6倍，则若毫安表读数为I，则干路电流为6I，改装后的电流表内阻为RA ；由闭合电路欧姆定律得：UE6I(rRA)，则Eb；6(rRA)，解得r。答案(1)1(2)向右(3)b3(2019汉中月考)某探究小组测量直流恒流源的输出电流I0和定值电阻Rx的阻值，电路如图甲所示。实验器材如下：直流恒流源(电源输出的直流电流I0保持不变，I0约为0.8 A)；待测电阻Rx(阻值约为20 )；滑动变阻器R(最大阻值约为70 )；电压表V(量程15 V，内阻约为15 k)；电流表A(量程0.6 A，内阻约为0.2 )。请回答下列问题。(1)实验所用器材如图乙所示，图中部分电路已经连接好，请完成实验电路的连接。(2)电路开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应滑动到_(填“a”或“b”)处。(3)所得实验数据如下表，请在图丙所示的直角坐标系上画出UI图象。12345电流表的示数I/A0.200.300.400.500.60电压表的示数U/V13.912.110.27.606.10(4)根据所画UI图象，可求得直流恒流源输出电流I0_ A，待测电阻的阻值Rx_。(结果保留两位有效数字)解析(1)根据原理图可得出对应的实物图。(2)为了让电流表中电流由最小值开始调节，保证开关S闭合后，流过电流表的电流不会超过电流表量程；滑动变阻器应从最大阻值开始调节；电路开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应滑动到a处。(3)根据表中数据可以得出对应的UI图象。(4)当电压为零时此时滑动变阻器短路，流过Rx的电流为零，此时电流表电流为直流电源中的电流，则可知电流I00.87 A；由图可知，当电压为10 V时，电流为0.40 A，则此时流过待测电阻的电流Ix(0.870.4