2020版高考物理人教版山东一轮复习：实验12 测定电源的电动势和内阻幻灯片.pptx

实验12测定电源的电动势和内阻 1 2 一 实验目的测定电源的电动势和内阻 二 实验原理 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 铅笔 实验方法一伏安法 3 四 实验步骤1 按实验电路图所示连接电路 2 把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端 3 闭合开关 调节变阻器 记录几组I U值 填入表格中 4 断开开关 拆除电路 整理好器材 五 数据处理方法一 列方程组求解电动势和内阻的大小 根据以上三组方程分别求出E r 再取其平均值作为电源的电动势E和内阻r 4 方法二 用作图法处理数据 如图所示 1 图线与纵轴交点为E 5 六 误差分析1 偶然误差 1 电表读数不准引起误差 2 图象法求E和r时作图不准确 2 系统误差 1 若采取电流表外接法 由于电压表分流造成电动势和内阻的测量值均偏小 2 若采取电流表内接法 由于电流表分压 造成内阻的测量值偏大 6 七 注意事项1 选用旧电池 为了使电路的路端电压变化明显 电池的内阻宜大些 可选用已使用过一段时间的电池 2 电流不要过大 读数要快 干电池在大电流放电时 电动势E会明显下降 内阻r会明显增大 因此 实验中不要将I调得过大 读电表要快 每次读完立即断电 3 逐差法求E r 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值再求平均值 7 4 合理选择标度 为使图线分布空间大 如图所示 纵坐标可以不从零开始 则图线和横轴的交点不再是短路电流 电源的内阻不能 8 实验方法二安阻法实验原理用一个电流表和电阻箱测量 电路如图所示 测量原理为 E I1 R1 r E I2 R2 r 由此可求出E和r 此种方法使测得的电动势无偏差 内阻偏大 若已知电流表A的阻值可消除测内阻的系统误差 9 实验方法三伏阻法一 实验原理用一个电压表和电阻箱测量 电路如图所示 测量原理为 由此可求出r和E 此种方法测得的电动势和内阻均偏小 10 二 图象法处理数据 如图所示 11 命题点一 命题点二 命题点三 实验原理与操作典例1 2016 四川卷改编 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3V 内阻约2 保护电阻R1 阻值10 和R2 阻值1 滑动变阻器R 电流表A 电压表V 开关S 导线若干 12 命题点一 命题点二 命题点三 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 0 3V 内阻约15k B 电压表 0 3V 内阻约3k C 电流表 0 250mA 内阻约2 D 电流表 0 30mA 内阻约2 13 命题点一 命题点二 命题点三 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 14 命题点一 命题点二 命题点三 4 如果调节滑动变阻器 电压表和电流表的示数记录如下 请根据表中的数据 在图中的方格纸上作出U I图线 由图线求得 电动势E V 内阻r 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 15 命题点一 命题点二 命题点三 答案 1 AC 2 C 3 kak R2 4 图线见解析1 610 24 5 会引起电动势和电阻变化解析 1 因电源电动势为3V 且电压表内阻越大 系统误差越小 所以电压表选A 通过电流表的最大电流约为 176 5mA 所以电流表选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 说明滑动变阻器连入电路的电阻丝长度在增长 故滑片P左侧电阻丝连入电路 所以一条导线接在电阻丝左端接线柱 另一条导线接在滑动变阻器金属杆两端中的任意一端接线柱都可 选项C正确 3 由闭合电路欧姆定律E U I r R2 可得U E I r R2 由题意U 0时 I a 且r R2 k 所以得E ka r k R2 16 命题点一 命题点二 命题点三 4 坐标系选择合适的标度 根据表中数据描点作出的U I图线如图所示 图线与纵轴交点为1 61V 故E 1 61V 由图线的斜率 1 24知 电池内阻为0 24 注意此处不要用图象与纵轴交点值除以与横轴交点值 5 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 17 命题点一 命题点二 命题点三 思维点拨此实验是教材上的测量电源的电动势和内阻实验的改进实验 与教材实验不同的地方就是加了两个保护电阻 仪器的选择要考虑实验的误差因素 比如此实验产生误差的是电压表的分流作用 故选择电压表时要尽量用内阻较大的电压表 18 命题点一 命题点二 命题点三 对于大纲要求的实验 首先要把实验的原理 目的 实验步骤 数据处理的基本方法等要记住 记准 在此基础上学会质疑 要明确本实验的系统误差是由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差 1 如图甲所示 在理论上E U IV IA r 其中电压表示数U是准确的电源两端电压 而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差 而且电压表示数越大 IV越大 当电压表示数为零时 IV 0 IA I短 短路电流测量值 真实值 如图乙所示 可知E测 E真 r测 r真 19 命题点一 命题点二 命题点三 2 若采用如图丙所示的电路 IA为电源电流真实值 理论上有E U UA IAr 其中UA不可知而造成误差 而且电流表示数越大 UA越大 当电流为零时 UA 0 电压为准确值 等于E 如图丁所示 可知E测 E真 r测 r真 20 命题点一 命题点二 命题点三 数据处理与误差分析数形结合型 巧 变公式找函数1 高考物理考查学生应用数学知识的能力 在实验中体现在实验数据的处理上 通常利用相关实验的原理公式进行巧妙变形 变成和图象信息一致的函数形式 根据图象的斜率 截距结合函数关系式得出所需的数据 在前面所学的三种 伏安法 安阻法 伏阻法 等测量电源电动势和内电阻的实验方法中 要紧扣闭合电路欧姆定律E U Ir 重点进行数学公式的变形 变形为y kx b的形式对应图象中的各物理量 21 命题点一 命题点二 命题点三 2 测量电源的电动势和内阻的方法很多 任何一种实验方法一定而最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I 这也是命题人命题时的入手点 1 列表法 把被测物理量分类列表表示出来 表中对各物理量的排列习惯上是先记录原始数据 后计算结果 列表法可大体反映某些因素对结果的影响 常用作其他数据处理方法的一种辅助手段 2 图象法 把实验测得的量按自变量和因变量的函数关系用图象直观地显示出来 根据实验数据在坐标纸上画出图象 若是反比关系一般改画成正比图线 同时注意图象斜率 图象在坐标轴上截距的物理意义 22 命题点一 命题点二 命题点三 典例2 2018 湖北八市联考 实验室中 甲和乙两位同学先后用同一套实验仪器来测量某电子产品所用电池的电动势和内阻 其中R R0分别是电阻箱和定值电阻 实验时甲 乙分别设计了如图 a 和 b 所示的两个电路 改变R的阻值以及对应电压表的示数U 实验做完后两同学发现当时没有记下R0的阻值 只能根据实验记录的数据作出关系图象如图 c 和 d 23 命题点一 命题点二 命题点三 24 命题点一 命题点二 命题点三 1 可以判断图线 c 是利用图 填 a 或 b 中的实验数据描绘的 2 甲同学得到的图线横截距为 3 0 纵截距为0 30 乙同学得到的图线横截距为 0 33 纵截距为0 25 则该电池的电动势为E V 内阻r 定值电阻R0 计算结果均保留两位有效数字 25 命题点一 命题点二 命题点三 答案 1 a 2 4 00 502 5解析 1 先观察图 c 发现R 0时 增大 即电压表示数减小 显然 a 图电压表示数会随着R的增大而减小 b 图中电压表示数会随着R的增大而增大 故可以判断图 c 中图线是利用图 a 的实验数据描绘的 26 命题点一 命题点二 命题点三 27 命题点一 命题点二 命题点三 创新实验问题 原理的创新测电源电动势和内阻的实验的实验原理是闭合电路欧姆定律 但实验方案灵活多变 数据处理方法不断翻新 特别是利用图象法求解电源电动势和内阻 更是花样百出 除了前面提到的三种方法外还常有以下创新 1 实验器材创新 如采用传感器等 2 实验仪器及设计以 伏伏法 代替 伏安法 实验数据处理以U U图象代替U I图象 等等 28 命题点一 命题点二 命题点三 典例3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 5VB 直流电压表V1 V2 量程均为0 3V 内阻约3k C 电流表 量程0 0 6A 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 开关和导线若干 29 命题点一 命题点二 命题点三 1 请根据如图甲所示的实物图 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U I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 30 命题点一 命题点二 命题点三 3 实验过程中 由于电流表发生了故障 某同学又设计了如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U1和U2的值如下表所示 用测出的数据在图丁中绘出U2 U1图线 31 命题点一 命题点二 命题点三 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 32 命题点一 命题点二 命题点三 答案 见解析解析 1 如图所示 2 电流表不是测得流过电池电路中的电流 原因是电压表的分流造成的 33 命题点一 命题点二 命题点三 34 1 2018 广东珠海3月质量检测 某学习小组用如图所示的电路测量电源的电动势和内阻 待测电池的电动势约为9V 变阻箱的量程为0 9999 理想电压表的量程为3V 定值电阻R0 10 0 35 1 图中电路不完整 应用导线将电压表正极与 填 a 或 b 连接 2 实验时 应先将电阻箱的电阻调到 填 最大 或 最小 3 若将实验记录的电阻箱阻值R与对应的电压表读数U记录于表格 然后在平面直角坐标系内以为纵坐标 R为横坐标 作出一条平滑直线 请用该直线的斜率k 纵轴截距b和定值电阻R0表达出电源电动势E和内电阻r的计算式 E r 两空均用字母表示 36 37 2 2018 惠州4月模拟 用直流电源 内阻可忽略不计 电阻箱 定值电阻R0 阻值为2 0k 开关和若干导线 连接成如图甲所示的电路来测量电压表V 量程3V 的内阻RV 闭合开关S 适当调节电阻箱的阻值R 读出电压表的示数U 获得多组数据 38 1 此实验时电阻箱的读数如图乙所示 其值为 2 根据测得的数据画出如图丙所示的 R关系图线 由图象上的数据可计算得到纵轴截距与图线斜率的比值为 进而求得电压表的内阻RV k 计算结果均保留两位有效数字 3 若电源内阻不可忽略 用此法测得的RV 填 偏大 或 偏小 4 定值电阻R0的作用是 39 答案 1 6500 2 9 0k 7 0 3 偏大 4 保护电压表解析 1 由图示电阻箱可知 其示数为 0 100k 0 10k 6 1k 5 100 0 10 0 1 6500 40 41 3 2018 陕西八校联考 在 测定一节干电池电动势和内阻 的实验中 1 第一组同学利用如图a所示的实验装置测量 电压表应选择量程 选填 3V 或 15V 实验后得到了如图b所示的U I图象 则电池内阻为 电压表 电流表均为理想电表 42 2 第二组同学也利用图a所示的实验装置测量另一节干电池 初始时滑片P在最右端 但由于滑动变阻器某处发生断路 合上开关后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表有读数 于是该组同学分别作出了电压表读数U与x 电流表读数I与x的关系图象 如图c所示 则根据图象可知 电池的电动势为V 内阻为 43 答案 1 3V1 5 2 1 51解析 1 因测一节干电池的电动势 1 5V 故电压表选择量程3V 由U I图象可读出电动势为1 45V 由E U Ir可得 2 由图c可知当I1 0 15A时U1 1 35V 当I2 0 30A时U2 1 20V 根据U E Ir可得 1 35V E 0 15A r 1 20V E 0 30