高三物理第一轮复习：测电源电动势和电阻粤教版

用心 爱心 专心 高三物理第一轮复习 测电源电动势和电阻粤教版高三物理第一轮复习 测电源电动势和电阻粤教版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 测电源电动势和电阻 1 测定金属的电阻率 2 测定电源电动势和内电阻 二 要点扫描 一 测定金属的电阻率 1 实验原理 由电阻定律 R S l 得 l RS 可见 只要测出了金属的电阻 R 横截 面积 S 和导线长度 l 即可求出其电阻率 2 实验装置及要求 测金属丝的长度可用刻度尺 金属丝的横截面积可通过用螺旋测微 器测出其直径后计算得到 电阻值 R 的测定可由伏安法测出电阻两端的电压和其中的电流 由欧姆定律求得 R U I 要测 U I 就需设计一个电路 根据所给仪表的规格 量程 内阻等 及电阻的大小 确定电压表 电流表在电路中的连接方法 若 R RA 应采用电流表内接电路 若 R RV 应采用电流表外接电路 在该实验中 金属丝电阻一般较小 故应采用电流表外接 电路 若给出多块电表供选择 则应选用量程足够 即电表的最大测量值应不小于电路可能 出现的相应物理量的最大值 且量程尽量小的电表 这样测量时可使电表指针有较大的偏 角 减小测量的误差 另外 为改变电阻丝两端的电压和其中的电流 应设置控制电路 一 般由滑动变阻器来完成 滑动变阻器接入电路时常用限流式接法和分压式接法 在相同电源条 件下 分压式接法电压变化范围较大 且电压可从零调起 一般情况下 若待测电阻值与变 阻器最大阻值接近 可选用限流式接法 若待测电阻值远大于变阻器最大阻值 则应采用 分压式接法 若题目明确要求电压从零调起 则无论待测电阻值与变阻器最大阻值关系如何 都必须选用分压式电路 在该实验中 由于待测金属丝电阻较小 只要没有提出测量电压由 零开始的要求 一般可采用限流式电路 3 数据处理 为减小偶然误差 金属丝长度 直径的测定及电阻的测量 都应采用测多 组值最后求平均值的方法 其中金属丝电阻的测定也可采用图象法处理数据 即根据实验测 得的多组 U I 值 在 U I 坐标系中描点画图 由欧姆定律知 R I U 固定电阻的 U I 图线应 为过原点的直线 所以根据测得的 U I 值在 U I 坐标系中描出诸点后 作出过原点且尽可 能多地通过描出点的直线 不在直线上的点应尽可能地对称分布在直线两侧 即为待测电 阻的 U I 图线 其斜率即为待测电阻阻值 R I U 4 误差分析 电阻丝长度 直径的测量 电流表 电压表的读数都存在偶然误差 另外 电表内阻的影响 也会产生系统误差 如采用电流表外接时 电流表中的电流实为通过电阻 丝和电压表内阻的电流之和 也就是说 实验中测出的电阻实为金属丝电阻与电压表内阻 的并联值 所以测量值比实际值要偏小 例 1 有一个电阻 R 其阻值在 40 50 之间 现要进一步测量其电阻 手边现有 如图所示的器材 用心 爱心 专心 电源 E 电动势 12 V 内阻为 0 5 电压表 0 3 15 V 内阻约 10 k 电流表 0 0 6 3 A 内阻约 1 滑动变阻器 R1 阻值 0 10 额定电流 2 A 滑动变阻器 R2 阻值 0 1 700 额定电流 0 3 A 电键 S 和导线若干 1 电压表的量程应选 电流表的量程应选 滑动变阻器应 选 2 请画出实验电路图 3 用笔画线代替导线 在实物图上连好实验电路 解析 解析 滑动变阻器若选用 R2 由于它的阻值比待测电阻的阻值大得多 不论采用分压 式还是采用限流式接法 调节滑动变阻器控制电路中的电流或电压都不方便 所以本题中选 用 R1并采用分压式接法较合适 电源电动势为 12 V 由于采用分压式电路 Rx两端电压最大约达 12 V 故电压表量 程应选 0 15 V 电路中电流最大约为 Im 40 12 A 0 3 A 所以电流表量程应选 0 0 6 A 分别将待测电阻与电压表内阻 电流表内阻相比较可知 属于 Rx r真 所以电动势 用心 爱心 专心 和内电阻的测量误差都不太大 例 2 2006 广东高考 12 某同学设计了一个如图所示的实验电路 用以测定电源 电动势和内阻 使用的实验器材为 待测干电池组 电动势约 3 V 电流表 量程 0 6 A 内阻小于 1 电阻箱 0 99 99 滑动变阻器 0 10 单刀双掷开关 单刀 单掷开关各一个及导线若干 考虑到干电池的内阻较小 电流表的内阻不能忽略 1 该同学按上图连线 通过控制开关状态 测得电流表内阻约为 0 20 试分析该 测量产生误差的原因是 2 简要写出利用上图所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤 3 如图所示是由实验数据绘出的 I 1 R 图象 由此求出待测干电池组的电动势 E V 内阻 r 计算结果保留三位有效数字 解析 解析 1 通过控制开关状态 用半偏法测电流表内阻即闭合 K 调节 P 使电表示 数满偏 再闭合 SC 保持 P 的位置不变 调节 R 使电表示数半偏 此时电阻箱阻值等于 电表内阻 产生误差的原因是闭合 SC 调节 R 时 干路电流不是保持不变 而是增大了 只有在 RP R 时 干路电流才认为不变 二是电阻箱的阻值不能连续调节 导致电表不恰 好半偏 2 与教材上实验对比可知 若采用滑动变阻器 则须有电压表才能完成实验 考虑 到电阻箱 电流表的阻值可知 其与电流的积表示两端的电压 根据欧姆定律 E I R r 知 若测得两次 I R 则 E r 可求 3 由闭合电路欧姆定律可得 E I R RA r 即 E Rr E R I A 1 由上式可知图线 的斜率是电动势的倒数 图线在纵轴上的截距是 E Rr A 由此可得 E 1 2 0 61V R 2 86 用心 爱心 专心 V E Rr A 0 9 r 2 37 答案 答案 1 满偏时滑动变阻器阻值与电流表阻值之比偏低 电阻的阻值不能连续调节 2 断开 K 将 R 旋至最大值 S 掷向 D 调小 R 直到电流表指针有足够偏转 改变 R 值测出几组 I 随 R 变化的数据 3 E 2 86 V 2 76 2 96 V 均给分 r 2 37 点评 点评 1 本题为一组合实验题 第 1 问要求考生理解 半偏法 测电流表内阻 的原理 熟悉电路结构 会分析误差的来源 2 测定电源的电动势和内阻 这一实验是 应用图象法处理实验数据的典型实验 要通过这一实验的复习 掌握作图的方法和技巧 理 解图象的意义 会根据图象求得被研究的物理量 第 2 3 问要求考生在理解和掌握这 个实验的原理方法的前提下 会迁移到器材变化这一新情景中 去解决新的问题 链接链接 拓展拓展 测电池的电动势和内电阻的实验 下列所给几组器材可以达到实验目的的是 A 一只电流表和一只电阻箱 B 一只电压表和一只电阻箱 C 一只电流表和一只滑动变阻器 D 一只电压表和一只单刀双掷开关及两个不同的定值电阻 答案 答案 ABD 模拟试题模拟试题 1 现有一量程为 3V 的电压表 内阻约为 3k 为了较准确地测量其内电阻 在没有电流 表的情况下 某同学设计了如图所示的实验电路 按此电路可以测出电压表的内电阻 其中 R1是最大阻值为 9999 的电阻箱 R2是最大阻值为 20 的滑动变阻器 1 试根据如图所示的电路图 完成如图所示的实物电路的连线 2 接通电路前应将滑动变阻器的滑片 P 置于 端 3 根据电路图 按顺序写出本实验的主要操作步骤 2 要精确测量一个阻值为 5 的电阻 R 实验室提供下列器材 电流表 量程 100mA 内阻 r1约为 4 电流表 量程 500 A 内阻 r2 750 电压表 量程 10V 内阻 r3约为 10k 变阻器 R0 阻值约 10 电池 E 电动势 1 5V 内阻很小 电键 S 导线若干 1 选出适当器材并在下图虚线方框中画出电路图 标明所用器材的代号 2 需要 用心 爱心 专心 测量的物理量是 根据所测物理量 求出电阻阻值的表达式 Rx 3 从下列实验器材中选出适当的器材 设计测量电路来测量两个电流表的内阻 要求方 法简捷 有尽可能高的测量精度 A 待测电流表 量程 50mA 内电阻约几十欧 B 待测电流表 量程 30mA 内电阻约几十欧 C 电压表 量程 15V 内阻 rV 15k D 电阻箱 R1 阻值范围 0 9999 9 E 电阻箱 R2 阻值范围 0 99 9 F 滑动变阻器 R3阻值 0 150 额定电流 1 5A G 滑动变阻器 R4 阻值 0 20 额定电流 1 5A H 电阻 R0 阻值是 40 功率是 0 5W 作保护电阻用 I 电池组 电动势为 12V 内电阻约 0 5 此外还有单刀电键若干和导线若干 供需要时选用 1 请设计一个测量电路 画出电路图 2 选出必要的器材 用器材前的字母表示 有 3 说明实验需要测量的物理量 并列出计算两个电流表 内电阻的计算式 试题答案试题答案 1 答案 1 如图所示 2 A 左 3 按电路图连好电路后 将滑动变阻器的滑片 P 移至 A 端 闭合电键 S1和 S2 调节滑动变阻器 R2的滑片 P 使电压表的指针偏转一个较大的角度 或满刻度 并 记录此时电压表的示数 U1 保持 P 的位置不变 断开 S2 调节电阻箱 R1的阻值 使电 压表的示数为 U2 U1 2 则电压表的内电阻等于此时电阻箱的阻值 R 断开 S1 拆除电 路 实验器材复原 或者 按电路图连好电路后 将滑动变阻器的滑片 P 移至 A 端 将电阻箱的阻值调至某一定阻值 最好为 3k 左右 并记下此时的电阻值 R 闭合电 键 S1和 S2 调节滑动变阻器 R2的滑片 P 使电压表的指针偏转一个较大的角度 或满刻 度 并记录此时电压表的示数 U1 保持 P 的位置不变 断开 S2 记录此时电压表的示 数 U2 则此时通过电阻箱的电流为 R UU I 21 根据串联电路的电流特点和欧姆定律可求 用心 爱心 专心 出电压表的内电阻为 21 2 2 V UU