2020版高考物理总复习第八章第6节实验：测定电源的电动势和内电阻教学案新人教版.docx

第6节实验：测定电源的电动势和内电阻夯实基础【p146】一、实验目的1测定电源的电动势和内阻2认识电源输出电压随电流变化的图象二、实验原理1实验电路图如图所示2电动势与内阻的求解(1)计算法由UEIr可得解得(2)图象法作出UI图象，利用图象求解，如图所示图线与纵轴交点为E.图线与横轴交点为短路电流，I短.由图线的斜率可求电源内阻r|.三、实验器材电池(待测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线和坐标纸四、实验步骤1连接电路：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测量数据：闭合开关，调节变阻器，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I、U值. 第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/V I/A 3.整理器材：断开开关，整理好器材4数据处理：计算法或在坐标纸上作UI图，求出E、r.五、注意事项1为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的1号干电池)2干电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电时电流不宜超过0.3 A，短时间放电时电流不宜超过0.5 A因此，实验中不要将R调得过小，读电表示数要快，每次读完应立即断电3要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组、第2和第5为一组、第3和第6为一组，分别解出E、r值再取平均值4在画UI图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高测量的精度六、误差分析1每次读完电表示数没有立即断电，造成E、r变化2测量电路存在系统误差，实验电路采用图a时，I真I测IV，未考虑电压表的分流；实验电路采用图b时，电路中U真U测UA，未考虑UA.3用图象法求E、r时，作图不准确造成偶然误差4由于电压表、电流表内阻的影响，按图a实验结果E测E真，r测r真定性分析如下：由于电流表的分压，使路端电压的测量值小于真实值，电流越大，电流表的分压也越大，路端电压的真实值与测量值的差距越大若把电流表的内阻放入电源内，则路端电压的测量值等于真实值，而内阻的测量值比真实值大了RA.由于RA与r真比较接近，使内阻测量结果的相对误差很大，所以通常不采用图b的电路作出的UI图线如图B.七、测电源电动势和内电阻的其他方法1使用电流表、电阻箱依，作R1图线，斜率为，截距为2使用电压表、电阻箱依EUr，作图线，斜率为，截距为【p147】考点突破例1用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V，内电阻约1 )的电动势和内阻，除待测电池组、开关、导线外，还有下列器材供选用：A电流表：量程为00.6 A，内阻约1 B电流表：量程为03 A，内阻约0.2 C电压表：量程为03 V，内阻约30 kD电压表：量程为06 V，内阻约60 kE滑动变阻器：01 000 ，额定电流0.5 AF滑动变阻器：020 ，额定电流2 A(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_，电压表应选用_，滑动变阻器应选用_(均填仪器的字母代号)(2)下图为正确选择仪器后，连好的部分电路为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将_和_相连、_和_相连、_和_相连(均填仪器上接线柱的字母代号)(3)实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U.用图象法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，则可以_为纵坐标，以_为横坐标【解析】(1)为了使测量更准确，电流表选量程为0.6 A的电流表A，电池组的电动势约4.5 V，故电压表选D，为了便于调节滑动变阻器应选F.(2)为了使测量误差尽可能小，测量电源电动势和内阻的原理图如图甲所示，因此将a、d相连，c、g相连，f、h相连(3)用电阻箱和电压表测量电源电动势和内电阻的实验原理图如图乙所示，根据闭合电路欧姆定律，得EUr，所以，因此可作出图象处理数据【答案】(1)ADF(2)adcgfh(3)(横纵坐标互换亦可)针对训练1某实验小组在测量一节干电池的电动势与内阻时，设计了如图甲所示的电路，实验室为该小组提供的实验器材如下：A电压表V1，量程03 V、内阻约为3 kB电压表V2，量程015 V、内阻约为15 kC电流表A1，量程00.6 A、内阻约为1 D电流表A2，量程03 A、内阻约为0.2 E最大阻值约为20 的滑动变阻器R1F最大阻值约为100 的滑动变阻器R2G开关S以及导线若干(1)为了减小实验误差，电流表应选_C_，电压表应选_A_，滑动变阻器应选_E_(填实验器材前的序号)(2)该小组的同学在进行多次测量后，将得到的多组电压表、电流表的读数描绘在同一坐标图中，如图乙所示，请在坐标图中画出干电池的伏安特性曲线，然后由图线求得被测电池的电动势E_1.5_V，电池的内阻r_0.5_._如图所示_【解析】(1)因为一节干电池的电动势接近1.5 V，则应该选择03 V量程的电压表，即应选A；如选电流表C，则当电路中电流分别为0.6 A、0.2 A、0.1 A时，电路中的总电阻分别为2.5 、7.5 、15 ，选E与之配合最好(2)画线时要使尽量多的点在直线上，不在直线上的点尽量均匀分布在直线的两侧，如图所示由得到的图线与纵轴交点的纵坐标可知，被测电池的电动势为1.5 V，由图线的斜率可知，干电池的内阻为0.5 .【p147】考点突破例2某实验小组想通过实验研究水果电池的电动势和内阻他们制作了一个苹果电池进行研究，了解到水果电池的内阻可能比较大，设计了一个如图甲所示的实物电路进行测量(1)请按图甲中所示实物图在方框内画出的电路图(电源用“”表示)(2)测定水果电池的电动势和内阻，所用的器材有：苹果电池E：电动势约为1 V；电压表V：量程01 V，内阻RV3 k；电阻箱R：最大阻值9 999 ；开关S，导线若干(3)实验步骤如下：按电路图连接电路(为保证电路安全，先将电阻箱的电阻调到最大值)；闭合开关S，多次调节阻箱，记下电压表的示数U和电阻箱相应的阻值R，并计算出对应的与的值，如下表所示；R/9 0006 0005 0004 0003 0002 000R1/104 11.11.72.02.53.35.0U/V0.530.500.480.460.43U1/V11.92.02.12.22.3以为纵坐标，为横坐标，将计算出的数据描绘在坐标纸内，作出图线；计算得出水果电池的电动势和内阻请回答下列问题：.实验得到的部分数据如上表所示，其中当电阻箱的电阻R2 000 时电压表的示数如图乙所示读出数据，完成上表答：_，_.请根据实验数据在图丙中作出图线.根据图线求得该水果电池的电动势E_ V，内阻r_ .【解析】(3).由图示电压表可知，电压表的最小分度值为0.2 V，示数为0.37 V， V12.7 V1；.根据实验数据描点作出图线，如图乙所示；.在闭合电路中，EUIrUr，解得，图线的斜率k，图象的截距b，由以上可解得E1.0 V、r2.0103 .【答案】(1)电路图如图1所示(3).0.372.7.图线如图2所示.1.0(0.91.1均可)2103(1.81032.2103均可)针对训练2某兴趣小组要测定电源的电动势和内阻，他们找来了如下器材：A电流表G(量程为030 mA、内阻未知)B电阻箱R(0999.9 )C滑动变阻器R1(020 )D滑动变阻器R2(01 k)E开关、导线若干F电源E(电动势约10 V)(1)要完成实验，首先需测量电流表G的内阻测量电流表G内阻的实验电路如图甲所示：将下述实验过程补充完整a选择器材，滑动变阻器R应该选取_R2_(选填“R1”或“R2”)；b连接好电路，R的滑片应调到_a_(选填“a”或“b”)端；c断开S2，闭合S1，调节R，使电流表G满偏；d保持R不变，闭合S2，调节电阻箱R的阻值，当R10 时，电流表G的示数为20 mA；如果认为闭合S2前后干路上电流不变，则电流表G的内阻Rg_5_.(2)在测出电流表内阻Rg后，测定该电源的电动势和内阻的电路如图乙所示闭合开关S，调整电阻箱R，读取相应的电流表示数I，记录多组数据(R，I)，得到如图丙所示的R图线，则电源的电动势E_9_V，内阻r_40_.【解析】(1)电源的电动势约为10 V，电流表的满偏电流为30 mA，则电路总电阻的最小值为Rmin 333.3 ，则滑动变阻器应选择R2；闭合开关S1前，应将滑动变阻器接入电路的电阻值调到最大，因此连接好电路后，滑动变阻器的滑片应调到a端；闭合S2后，由并联电路的特点可知，(IgI)RIRg，则Rg5 .(2)根据题图乙，由闭合电路欧姆定律可知EI(RrRg)，则R，则图象的斜率k，图象的截距为b，又由图象可得k、b5，由以上可解得E9 V、r40 .【p148】考点突破例3国际规定自来水在15 时电阻率应大于13 m.为测量15 时自来水的电阻率和电源的电动势与内阻，某物理兴趣小组设计了如图所示的实验电路其中内径均匀的圆柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有电阻可忽略不计的导电活塞，左活塞固定，右活塞可自由移动图中R0为定值电阻，R为电阻箱，A为理想电流表，S为单刀双掷开关，E为待测电源，此外实验中还备有游标卡尺和刻度尺兴趣小组的实验步骤如下：用游标卡尺测量玻璃管的内径d；向玻璃管内注满自来水，用刻度尺测量水柱长度，把S拨到1位置，记录电流表示数I；把S拨到2位置调整电阻箱阻值，使电流表示数也为I，记录电阻箱的阻值R；改变水柱长度，重复实验步骤，读出电阻箱示数R；把S拨到2位置不变，改变电阻箱的阻值R读取对应的电流值I；断开S，整理好器材(1)以电阻箱示数R为纵轴，用对应水柱长度为横轴作出一条直线若直线的斜率为k，则玻璃管内水柱电阻率的表达式为_(2)把S拨到2位置不变，为测量电源的电动势和内阻，采用图象处理实验数据，宜绘制出_关系图象，处理较为简单(3)实际的电流表有一定的内阻，在本实验中它对测量结果的影响分别是使水柱电阻率的测量值_；使电源电动势的测量值_；使电源内阻的测量值_(填“偏大”“偏小”或“无变化”)【解析】(1)测电阻率时采用的是替代法，故R.又斜率为k，故有.(2)测量电源的电动势与内电阻时采用的是安阻法，由闭合电路欧姆定律知EI(rR0R)，变形可得R，为处理简单宜作R图象(3)由于采用替代法测量，故水的电阻率与电流表内阻无关；若设电流表内阻为RA.由闭合电路欧姆定律知EI(rR0RRA)，变形整理可得R，可见图线的斜率不变，截距变大，故电流表有内阻时电动势测量是准确的，但电源内阻的测量值会偏大【答案】(1)(2)R(或R)(3)无变化无变化偏大针对训练3(1)如图甲所示为某校兴趣小组通过电流传感器和计算机来测电源电动势和内阻的实验电路，其中R0为定值电阻，R为电阻箱，电流传感器与计算机(未画出)相连该小组成员通过实验记录下电阻箱的阻值R和相应的电流值I，经计算机拟合得到如图乙所示图象，则该图象选取了_为纵坐标，由图乙中图线可得该电源的电动势为_4.5_ V.(2)现有三个规格相同的小灯泡，标称值为“2.5 V0.6 A”，每个小灯泡的IU特性曲线如图丙所示，将它们与图甲中电源按图丁所示的电路相连，闭合开关后，A灯恰好正常发光，则电源的内阻r_2.5_ ，图甲中定值电阻R0_2_ .【解析】(1)由闭合电路欧姆定律可知，I；要与R形成一次函数关系，则纵坐标只能取，则有，则题图乙中图线的斜率为k，则有E4.5 V.(2)由(1)知1 A1，则有R0r4.5 .灯泡正常发光的电流为0.6 A，则B、C两灯的电流均为0.3 A，由题图丙可知，B、C两灯两端的电压为0.5 V，故路端电压U2.5 V0.5 V3 V，则内阻r 2.5 ，定值电阻R04.5 2.5 2 .考 点 集 训【p322】1用如图所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：A电流表(量程00.6 A、03 A)；B电压表(量程03 V、015 V)；C定值电阻(阻值2 、额定功率5 W)；D定值电阻(阻值10 、额定功率10 W)；E滑动变阻器(阻值范围010 、额定电流2 A)；F滑动变阻器(阻值范围0100 、额定电流1 A)(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择_3_V，电流表的量程应选择_0.6_A；R0应选择_2_ 的定值电阻，R应选择阻值范围是_010_ 的滑动变阻器(2)引起该实验系统误差的主要原因是_电压表的分流_【解析】(1)由于电源是一节干电池(约1.5 V)，所以选量程为3 V的电压表；估算电流时，不考虑到干电池的内阻，只考虑保护电阻，最大电流也在1.0 A以下，小于量程3 A的，所以选量程为0.6 A的电流表；由于电池内阻较小，保护电阻不宜太大，选2 的即可，否则会使电流表、电压表读数范围较小，造成较大的误差；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就能很好地控制电路中的电流和电压，因此取010 范围(2)由于电压表的分流作用，使电流表读数总是比干路电流小，造成E测E真，r测r，改变滑动变阻器时无法达到电路中内、外电阻相等，此时当外电阻最接近内阻时，电源输出功率最大，B正确；由图乙可知，此时电源的路端电压为1.0 V，电流为0.5 A，定值电阻上消耗的电功率PUI0.5 W，C正确；电源的效率，故电流越小效