江苏2019年高考物理总复习第33讲实验八测量电源的电动势和内阻讲义.docx

第33讲实验八：测量电源的电动势和内阻考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求实验、探究：测量电源的电动势和内阻15年T10简答，测量电池的电动势和内阻分析综合、实验与探究弱项清单根据实验原理图写出闭合电路欧姆定律的表达式，并将表达式转化成跟线性关系表达式，才能弄清图象的截距和斜率所表示的物理意义，从而得出E和r.实验储备一、伏安法测电源电动势和内阻(一)实验目的1掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法2学会用图象法求电源的电动势和内阻(二)实验原理1实验依据：闭合电路欧姆定律2实验电路：如图所示(三)实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等(四)实验步骤1电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按实验电路图连接好电路2把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端3闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)用同样方法测量出多组I、U值填入表格中第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A4.断开开关，拆除电路，整理好器材(五)数据处理1实验数据求E、r的处理方法列方程求解：由UEIr得U1EI1r，U2EI2r解得E、r.2作图法数据处理：如图所示(1)图线与纵轴交点为E.(2)图线与横轴交点为I短.(3)图线的斜率绝对值表示r.3注意事项(1)为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池(2)电流不要过大，应小于0.5 A，读数要快(3)要测出不少于6组的(I，U)数据，变化范围要大些(4)坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立UI坐标系，在坐标平面内描出各组(I，U)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，(5)若UI图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r确定(6)电流表要内接(因为r很小)(六)误差分析1由读数不准和电表线性不良引起误差2用图象法求E和r时，由于作图不准确造成误差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4电压表和电流表的内阻影响造成误差二、测量电源、电动势和内阻的其他几种方法1安阻法：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图甲所示，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 甲乙2伏阻法：用一个电压表和电阻箱测量，电路如图乙所示，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RV远大于r.4双伏法：用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图丙所示测量方法为：断开S，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.丙技能优化【典型例题1】(17年南京模拟)在“测定电源电动势和内阻”的实验中，实验室仅提供下列实验器材：A两节旧干电池，每节电动势约1.5 VB直流电压表V1、V2，量程均为03 V，内阻约3 kC电流表，量程00.6 A，内阻小于1 D定值电阻R0，阻值2 E滑动变阻器R，最大阻值15 F导线和开关若干甲乙丙丁(1)请根据连接的实物图甲，在图乙虚线框中画出对应的电路图；(2)根据图甲电路进行实验，测得多组U、I数据，作出UI图象，求出电动势和内阻的值均小于真实值，其产生误差的原因是_(3)实验过程中，由于电流表发生了故障，某同学又设计了图丙所示的电路测定电源的电动势和内阻，实验中移动滑动变阻器触头，记录V1和V2的值如表所示，用测出的数据在图丁中绘出U1U2图线组数123456电压U1/V0.801.251.531.721.871.98电压U2/V1.601.872.042.152.242.31(4)由图线可得被测电池组的电动势E_V，内阻r_.(结果保留两位有效数字)【典型例题2】利用如图(a)所示电路，可以测量电源电动势和内阻，所利用的实验器材有：待测电源，电阻箱R(最大阻值999.9 )，电阻R0(阻值为3.0 )，电阻R1(阻值为3.0 )，电流表A(量程为200 mA，内阻为RA6.0 )，开关S.实验步骤如下：将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；以为纵坐标，R为横坐标，作 R图线(用直线拟合)；求出直线的斜率k和纵坐标的截距b.(a)(b)(c)回答下列问题：(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则与R的关系式为_(2)实验得到的部分数据如表所示，其中电阻R3.0 时，电流表的示数如图(b)所示，读出数据，完成下表答：_，_.R/1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.1250.1000.0910.0840.077I1/A16.998.0010.011.011.913.0(3)在图(c)的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k_，截距b_.(4)根据图线求得电源电动势E_V，内阻r_.【典型例题3】用图甲所示的电路测定某电源的电动势和内阻，R为电阻箱，阻值范围09999 ，R0是保护电阻，电压表内阻对电路的影响可忽略不计甲乙该同学连接好电路后，闭合开关S，改变电阻箱接入电路的电阻值，读取电压表的示数根据读取的多组数据，他画出了图乙所示的图象(1)在图乙所示图象中，当0.10 V1时，外电路处于_状态(选填“通路”、“断路”或“短路”)(2)根据该图象可求得该电池的电动势E_V，内阻r_.当堂检测1.某同学到实验室做“测定电源电动势和内阻”的实验时，发现实验桌上还有一个定值电阻R0.他设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E、内阻r和R0的阻值实验时用U1、U2、I分别表示电表V1、V2、A的读数，并将滑动变阻器的滑片P移动到不同位置时，刻录了U1、U2、I的一系列值甲乙第1题图(1)他在同一坐标纸上分别作出U1I、U2I图线，如图乙所示，则U1I图线是图中_(选填“A”或“B”)(2)定值电阻R0的计算表达式是：R0_(用测得的U1、U2、I表示)，若实验中的所有操作和数据处理无错误，实验中测得R0值_(选填“大于”、“等于”或“小于”)实际值(3)若实验中没有电压表V1，你能测出的量是_(选填“电动势E”、“内阻r”或“R0”)(4)若实验中没有电压表V2，你能测出的量是_2根据闭合电路欧姆定律，用图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，如图所示已知R0150 ，请完成以下数据分析和处理甲乙第2题图(1)图乙中电阻为_的数据点应剔除；(2)在坐标纸上画出R关系图线；(3)图线的斜率是_V11，由此可得电池的电动势Ex_V.3小明利用如题图1所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻第3题图1(1)如图1，电阻R阻值未知，将图1中的导线补全，(2)闭合开关前，先将滑动变阻器的滑片置于最_端(选填“左”或“右”)；(3)图1中电流表的示数为_A；(4)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：U/V1.451.271.161.06I/A0.120.280.360.44请根据表中的数据，在方格纸上作出UI图线：第3题图2由图线求得：电动势E_V；内阻r_.理论上E测_E真，r测_r真(选填“”、“”或“”)；(5)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合，其实从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为_.第33讲实验八：测量电源的电动势和内阻技能优化典型例题1(1)如图所示(2)电压表分流(3)如图所示(4)3.03.0【解析】(1)根据实物图可得出对应的原理图如图所示；甲(2)由图可知，电流表测得不是流过干路电流，原因是电压表的分流造成的；(3)根据表中数据采用描点法可得出对应的图象如图所示；丁(4)由闭合电路欧姆定律可知， EU2r整理得： U1U2E当U21.60 V时，U10.80 V；当U22.24 V时，U11.87 V；代入解得：E3.0 V；r3.0 .典型例题2(1)R(2)0.110 9.09(3)见解析图1.06.0(4)31.0【解析】(1)如图，有EIRA，变形得R，即R；(2)由图(b)所示可知，电流I0.110 A，其倒数为9.09 A1；(3)作图如图所示，连接直线可得k1.0 A11，b6.0 A1；(4)1.0，所以电动势E3.0 V，6.0，所以r1.0 .典型例题3(1)断路(2)1050【解析】(1)U0.1 V时，0，即R0无穷大，电路断路；(2)根据闭合电路欧姆定律有EUr，变式得到r，结合图象可知，与纵轴的截距表示0.1，斜率表示5，可得E10 V，r50 .当堂检测1(1)B(2)大于(3)电动势E和内阻r(4)电动势E【解析】(1)U2I图线的斜率绝对值表示电源内阻，U1I图线的斜率绝对值表示电源内阻和定值电阻R0之和. A图象斜率绝对值小于B图象的斜率绝对值，所以U1I图线是图中B.(2)根据闭合电路欧姆定律得：定值电阻R0的计算表达式R0，若实验中的所有操作和数据处理无错误，电流表示数比R0的实际电流偏小，所以R0的测量值偏大，即实验中测得R0值大于实际值(3)若实验中没有伏特表V1，根据U2I图线可以知道，图象与纵轴的交点表示电动势，斜率表示内阻所以能测出的量是电动势E和内阻r.(4)若实验中没有伏特表V2，根据U1I图线知道图象与纵轴的交点表示电动势，斜率表示电源内阻和定值电阻R0之和所以能测出的量是电动势E.2(1)80 (2)见解析图(3)4.44103150【解析】由闭合电路欧姆定律得：ExU12I(Rrx) ；把I代入上式得ExU12 ；变形得R ；从上式看出和R是线性关