高考物理一轮复习 第七章 恒定电流 实验十 测定电源的电动势和内阻.doc

实 验 十 测定电源的电动势和内阻突破点(一)实验原理与操作典例1(2015天津高考)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 )的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：a电流表：量程0.6 a，内电阻约1 b电流表：量程3 a，内电阻约0.2 c电压表：量程3 v，内电阻约30 kd电压表：量程6 v，内电阻约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。用图像法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线，则可以_为纵坐标，以_为横坐标。解析(1)因三节干电池的电动势约为4.5 v，故电压表应选d；因干电池放电电流不宜超过0.5 a，故电流表应选a；由电压表和电流表的测量范围可知滑动变阻器选用f即可。(2)本实验的实验电路如图甲所示。所以还需要用导线将a与d相连，c与g相连，f与h相连。甲乙(3)电阻箱代替滑动变阻器，实验电路图如图乙所示。根据闭合电路欧姆定律得ure，整理可得三种情况：，以为纵坐标，为横坐标，在直角坐标系中图像为一条直线；uer，以u为纵坐标，为横坐标，在直角坐标系中图像为一条直线；r，以为纵坐标，r为横坐标，在直角坐标系中图像为一条直线。答案(1)adf(2)adcgfh(3)由题引知要点谨记1.考查实验原理对应题干部分电池组的内阻很小，电流表应外接。2.考查实验器材的选取对应第(1)题(1)根据电池组的电动势选电压表。(2)根据电路中的最大电流选电流表。如果要求测量结果尽量准确，一般选择小量程的。(3)滑动变阻器限流时，应选最大值比被测电阻稍微大一些的。3.考查实物图连线对应第(2)题(1)总的原则为：先串联后并联。(2)注意电表和电源的正负极。4考查利用电阻箱测e和r对应第(3)题(1)画出利用电阻箱和电压表测量e和r的电路图。(2)根据闭合电路欧姆定律写出关于r和u的函数关系式，如下：uerr集训冲关1(2016北京高考)某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合。为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是()a一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器b一个伏特表和多个定值电阻c一个安培表和一个电阻箱d两个安培表和一个滑动变阻器解析：选d由euir、eirir、eur知，要测量e和r，需要测出多组u、i或i、r或u、r值，选项a、b、c均可满足测量需要，选项d中r无法测出，最不可取。2(2016四川高考)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ui图线(u、i都用国际单位)；()求出ui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 )(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(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。解析：(1)由于待测电源的电动势为3 v，故电压表应选03 v量程，而该电路中电压表分流越小，实验误差越小，故选内阻大的电压表，故电压表选a。回路中电流的最大值imax158 ma，故电流表选c。(2)当电压表示数变大时，说明外电路电阻变大，即滑片从左向右滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变大，对于a、b两选项，在滑片移动的过程中回路电阻不变，选项c中滑片向右移动时回路电阻变大，选项d中，滑片向右移动时回路电阻变小，故选项c正确。(3)根据闭合电路欧姆定律，得eui(r2r)，即uei(r2r)，所以kr2r，所以rkr2，横截距为u0时，ia，即0eak，所以eak。答案：(1)ac(2)c(3)akkr2突破点(二)数据处理和误差分析典例2(2015江苏高考)小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。(1)图中电流表的示数为_a。(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：u(v)1.451.361.271.161.06i(a)0.120.200.280.360.44请根据表中的数据，在下面的方格纸上作出ui图线。由图线求得：电动势e_v；内阻r_。(3)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_。解析(1)电流表选用量程为00.6 a，分度值为0.02 a，则其读数为0.44 a。(2)坐标系选择合适的标度，根据表中数据描点作出的ui图线如图所示。图线与纵轴交点为1.61 v，故e1.61 v，由图线的斜率1.24知，电池内阻为1.24 。注意此处不要用图像与纵轴交点值除以与横轴交点值。(3)长时间保持电路闭合，电池会发热，电池内阻会发生变化，干电池长时间放电，也会引起电动势变化，导致实验误差增大。答案(1)0.44(2)ui图线见解析1.61(1.591.63都算对)1.24(1.221.26都算对)(3)通电时间较长会使干电池的电动势和内阻发生变化，导致实验误差增大由题引知要点谨记1.考查电流表的读数对应第(1)题(1)电流表选用的量程为0.6 a，最小分度值为0.02 a，不需要估读到下一位。(2)读数规则：0.4 a20.02 a0.44 a。2.考查作图和数据处理能力对应第(2)题(1)作图时纵坐标起点为1.00 v。(2)通过图线获取信息和处理数据。在电源的ui图线中，若两坐标轴均从零开始的，则图线与u轴的截距为电源电动势，图线与i轴的截距为电源的短路电流；若u轴不以零开始，则u轴截距仍为电动势，i轴截距不再是短路电流，则rf(u,i)。3.考查实验误差的分析对应第(3)题(1)本实验系统误差产生的原因有：电压表的分流；通电时间过长可能引起电阻值变化。(2)偶然误差产生的原因有：电表的读数；作图。集训冲关3(2017贵州八校联考)小明在做测量电源电动势和内阻的实验，已知干电池的电动势约为1.5 v，内阻约为0.3 ；电压表v(03 v，内阻约为3 k)；电流表a(00.6 a，内阻为0.80 )；滑动变阻器r(最大阻值10 )。(1)为了更准确地测出电源电动势和内阻。请在给出的虚线框中画出实验电路图。在实验中测得多组电压和电流值，得到如图所示的ui图线，由图可得出该电源电动势e_ v，内阻r_ 。(结果保留两位小数)(2)实验时由于_表的分流作用，导致电动势e和内阻r的测量值都小于其真实傎。解析：(1)因电流表的内阻是已知的，故可采用电流表外接电路。由题图可知e1.50 v，rra 0.80 0.20 。(2)电压表的分流作用，导致电动势e和内阻r的测量值都小于其真实傎。答案：(1)如图所示 1.500.20(2)电压4(2015四川高考)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某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围_，电压表示数变化范围_。(选填“相同”或“不同”)解析：(1)由题ui图线可知电流表量程应为0100 ma，故选a2。路端电压大于5.5 v，而电源电动势e6 v，故r外r，则滑动变阻器选r2。(2)由题图得：r25 。(3)rxr，rxr。(4)电流i，rrx一定，r从300 变到某同一阻值，电流变化范围相同。rx接ab间时，u(rrx)，rx接bc间时，ur，故两种情况下电压变化不同。答案：(1) a2r2(2)25(3)r(4)相同不同突破点(三)实验的改进与创新典例3(2014福建高考)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理如图甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计改装的电流表，为标准电压表，e为待测电池组，s为开关，r为滑动变阻器，r0是标称值为4.0 的定值电阻。(1)已知灵敏电流计的满偏电流ig100 a、内阻rg2.0 k，若要改装后的电流表满偏电流为200 ma，应并联一只_(保留一位小数)的定值电阻r1。(2)根据图甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路。(3)某次实验的数据如下表所示：测量次数12345678电压表 读数u/v5.265.165.044.944.834.714.594.46改装表 读数i/ma20406080100120140160该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法)，计算出电池组的内阻r_(保留两位小数)；为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是_。(4)该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是_。(填选项前的字母)a电压表内阻的影响b滑动变阻器的最大阻值偏小cr1的实际阻值比计算值偏小dr0的实际阻值比标称值偏大答案(1)1.0(2)如图所示(3)1.66充分利用已测得的数据(4)cd由题引知要点谨记1.考查知识点的创新对应第(1)题借助测定电池组的电动势和内阻实验，考查了电流表的改装，电流表改装的原理为：并联一只电阻r1，igrg(iig)r1，即r1f(igrg,iig)。2.数据处理的创新对应第(3)题(1)“逐差法”一般应用在通过纸带求解加速度的实验中，本实验所记录的数据中 的读数中依次相差20 ma。所以也可采用逐差法计算电池组的内阻。(2)根据电源的伏安特性曲线可知，电源的内阻rr0，结合逐差法可得，rr045.66 ，所以r1.66 。(3)采用逐差法处理实验数据时能够充分利用已测得的数据，以减小实验的偶然误差。3误差分析的创新对应第(4)题电动势测量值误差很小，说明电压表分流产生的误差可以忽略不计；通过电源的电流的测量值小于真实值，即与电流计并联的电阻r1的实际值小于计算值；由电源内阻的计算式r r0知，若r0标称值比实际值小，会导致内阻测量值总是偏大。还可以用以下几种方法测定电源的电动势和内阻。安阻法伏阻法伏伏法电路图原理ei(rr)eureu1u2reu1r误差e测e真，r测r真e测e真，r测r真 集训冲关5(2017温州模拟)在测定一组干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：a电流传感器1b电流传感器2c定值电阻r0(3 k)d滑动变阻器r(020 )e开关和导线若干某同学发现上述器材中没有电压传感器，但给出了两个电流传感器，于是他设计了如图甲所示的电路来完成实验。(1)该同学利用测出的实验数据作出的i1i2图线(i1为电流传感器1的示数，i2为电流传感器2的示数，且i1远小于i2)如图乙所示，则由图线可得被测电池的电动势e_ v，内阻r_ 。(2)若将图线的纵轴改为_，则图线与纵轴交点的物理含义即为被测电池电动势的大小。解析：(1)由闭合电路欧姆定律有euir，可得i1r0ei2r，则i1i2，即i1与i2间为线性关系，由数学知识可得，k，b，由题图乙可知，b1.5 ma，k0.5103，解得e4.5 v，r1.5