物林外传之系列物理实验测量电源电动势和内阻的三种方法

之系列之系列之系列之系列物理实验物理实验物理实验物理实验测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻物林外传物林外传物林外传物林外传高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭1测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻的的的的方法方法方法方法安阻法和伏阻法测量电源的电动势和内阻一一一一、基本方法基本方法基本方法基本方法伏安法伏安法伏安法伏安法【调研1】2015天津卷93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45V，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006A，内电阻约1B电流表量程03A，内电阻约02C电压表量程03V，内电阻约30KD电压表量程06V，内电阻约60KE滑动变阻器01000，额定电流05AF滑动变阻器020，额定电流2A1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因三节干电池的电动势约为45V，故电压表应选D；因干电池放电电流不宜超过05A，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本实验的实验电路应如图。方案实验电路公式法图像法解析式斜率与纵轴截距的意义图像伏安法EU1I1REU2I2RUEIRUIEOI短斜率R截距UE安阻法伏阻法EI1R1REI2R2REU1REU2RRERR斜率E纵轴截距R斜率纵轴截距斜率纵轴截距高考备考指导最具魔力的自媒体，微信公众号巧学物理微信号QIAOXUEWULI头条号巧学数理化巧学提分巧学提分巧学提分巧学提分2为了连接成如图的实验电路，还需要用导线将A与D，C与G，F与H相连。3实验时，电流表不再使用，电阻箱代替滑动变阻器，实验电路图如图所示。根据闭合电路欧姆定律得UURRE，整理可得三种情况1URE1R1E，以1U为纵坐标，1R为横坐标，在直角坐标系中图象为一条直线；UERUR，以U为纵坐标，UR为横坐标，在直角坐标系中图象为一条直线。RU1ERRE，以RU为纵坐标，R为横坐标，在直角坐标系中图象为一条直线。答案1ADF2ADCGFH31U1R或UUR或RUR【调研2】2015年3月德阳市四校高三联考测试某班举行了一次物理实验操作技能比赛，其中一项比赛为用规定的器材设计合理电路，并能较准确地测量某电源的电动势及内阻。给定的器材如下A电流表G（满偏电流10MA，内阻10）B电流表A（006A3A，内阻未知）C滑动变阻器R0（0100，1A）D定值电阻R（阻值990）E开关与导线若干请你用以上实验器材设计测量该电源电动势和内阻的电路图，并画在右边的虚线框中。（要求为了保证器材的安全，在闭合开关前滑动变阻器的滑动头应置于最右端，即最大电阻处）图甲为小刘同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1I2图线（I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数），则由图线可以得到被测电源的电动势为_V，内阻为_。（结果保留两位有效数字）另一位小张同学对另一电源也用上面的实验电路进行测量，初始时滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上电键后发现滑片P向左滑过一段距离X后电流表A才有读数，于是该同学根据测出的数据作出了两个电流表读数I与X的关系图，如图乙所示，则根据图象可知，此电池组的电动势为_V，内阻为_。（结果保留三位有效数字）【答案】75；50900（900或910均可）；110（107117均可）二二二二、安阻法安阻法安阻法安阻法【调研3】2015安徽理综21某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材一个满偏电流为100A、内阻为2500的表头，一个开关，两个电阻箱09999和若干导线。1由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为50MA的电流表，则应将表头与电阻箱乙之系列之系列之系列之系列物理实验物理实验物理实验物理实验测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻物林外传物林外传物林外传物林外传高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭3_填“串联”或“并联”，并将该电阻箱阻值调为_。2接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量，实验电路如图1所示，通过改变电阻R测相应的电流I，且作相关计算后一并记录如下表。123456R950750550450350250IMA150187248295360480IRV142140136133126120根据表中数据，图2中已描绘出四个点，请将第5、6两组数据也描绘在图2中，并画出IRI图线；图2根据图线可得电池的电动势E是_V，内阻R是_。【解析】1要将电流表量程扩大，需要并联电阻，由并联电路特点IIGIGRGR，将I50MA，IG100A，RG2500，代入解得R50。2作IRI图线，如图所示。根据实验电路知，IR表示电源的路端电压，I表示电路的电流，故IRI图线的纵轴截距即为电池的电动势，则E153V，图线斜率的绝对值即为电池的内阻，则RIRI20。答案1并联502如解析图所示15320【调研4】某同学要测定一电源的电动势E和内电阻R，实验器材有一只DIS电流传感器可视为理想电流表，测得的电流用I表示，一只电阻箱阻值用R表示，一只开关和导线若干。该同学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集数据。1该同学设计实验的原理表达式是E_用R、I、R表示。2该同学在闭合开关之前，应先将电阻箱调到_选填“最大值”“最小值”或“任意值”，实验过程中，将电阻箱调至如图乙所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为_。3该同学根据实验采集到的数据作出如图丙所示的1IR图象，则由图象可求得，该电源的电动势E_V，内阻R_。结果均保留两位有效数字【解析】1根据闭合电路欧姆定律得EIRR。2为保护电路应将电阻箱调到最大值，由图乙，R210121。3因为1IRERE，所以1IR图象中，斜率K1E，截距BRE，计算可得E63V，R25。答案1IRR2最大值213636165252426【调研5】电动自行车的电瓶用久以后性能会下降，表现之一为电池的电动势变小，内阻变大某兴趣小组将一辆旧电动自行车充满电，取下四块电池，分别标为A、B、C、D，测量它们的电动势和内阻高考备考指导最具魔力的自媒体，微信公众号巧学物理微信号QIAOXUEWULI头条号巧学数理化巧学提分巧学提分巧学提分巧学提分41用多用表直流电压50V挡测量每块电池的电动势测量电池A时，多用电表的指针如图甲所示，其读数为V（2）用图乙所示电路测量A、B、C、D四块电池的电动势E和内阻R，图中R0为保护电阻，其阻值为5改变电阻箱的阻值R，测出对应的电流I，根据测量数据分别作出A、B、C、D四块电池的1IR图线，如图丙由图线C可知电池C的电动势EV；内阻R（3）分析图丙可知，电池（选填“A”、“B”、“C”或“D”）较优【分析分析分析分析】（1）用多用表直流电压50V挡测量每块电池的电动势，可以从表盘中的中间刻度读出正确结果；（2）根据闭合电路欧姆定律得出1I和R的函数关系，根据数学知识明确图象斜率、截距的含义即可正确解答；（3）电动势大的内阻小的电源最优【解析】（1）用多用表直流电压50V挡测量每块电池的电动势，可以从表盘中的中间刻度读出正确结果，由指针指示可知E110V故答案为110（2）根据闭合电路欧姆定律有EIRRIR0，因此有1I1ER0RRE，由此可知，图象的斜率表示1E，纵轴截距为0RRE由图象可知K1121E，0RRE05，由此解得E12VR1故答案为12，1（3）电动势大的内阻小的电源最优，由图象可知C图象代表的电源电动势最大，内阻最小，因此最优故答案为C【解题反思解题反思解题反思解题反思】本题主要考查了测电源电动势和内阻实验中的数据处理问题，主要根据闭合电路欧姆定律写出两坐标轴代表物理量的函数关系式，然后依据数学知识求解【调研6】某同学把较粗的铜丝和铁丝相隔较近插入苹果中，制成一个苹果电池，用如下器材研究苹果电池的电动势与内阻开关、电阻箱最大阻值为999、毫安表量程IG1MA，内阻忽略不计、导线若干1在图甲中用实线连接成实验电路；2闭合开关，改变电阻箱的阻值R，记录多组I、R的数据，作出R1I图象如图乙直线A由此可知此时苹果电池的电动势E_V，内阻R_3增大铜丝和铁丝的插入深度，重复上述步骤进行实验，作出的R1I图线如图乙直线B由此可知，电极插入的深度增大，电池电动势_，内阻_选填“增大”、“减小”或“不变”答案1如图所示ERSA乙RR0OR/510105丙051015/A1DBAC之系列之系列之系列之系列物理实验物理实验物理实验物理实验测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻物林外传物林外传物林外传物林外传高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭5219003不变变小【调研7】某实验小组要测定一电源的电动势E和内电阻R。实验器材有一只DIS电流传感器可视为理想电流表，测得的电流用I表示，一只电阻箱阻值用R表示，一只开关和导线若干该实验小组同学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集数据1小组设计该实验的原理表达式是_用E、R、I、R表示；2小组在闭合开关之前，应先将电阻箱阻值调至_选填“最大值”、“最小值”或“任意值”，在实验过程中，将电阻箱调至图乙所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为_；3小组根据实验采集到的数据作出如图丙所示的1IR图象，则由图象求得，该电源的电动势E_V，内阻R_结果均保留两位有效数字【解析】1由图可知，本实验采用的是电流表与电阻箱测定电动势，在闭合电路中，电动势EIRR2为了保证电路安全，闭合开关前电阻箱接入电路的阻值应为电阻箱的最大阻值；由图乙所示电阻箱可知，电阻箱的示数为0100001002105125；3在闭合电路中，EIRR，则1I1ERRE，则1IR图象的截距BRE，图象斜率K1E，由图象可知B04，K1IR4122416，即RE04，1E16，解得电动势E60，电源内阻R24；【答案】1EIRR2最大值253605862均可242325均可【调研8】1用DIS测电源电动势和内电阻电路如图（A）所示，R0为定值电阻。调节电阻箱R，记录电阻箱的阻值R和相应的电流值I，通过变换坐标，经计算机拟合得到如图（B）所示图线，则该图线选取了_为纵坐标，由图线可得该电源电动势为_V。（2）现有三个标有“25V，06A”相同规格的小灯泡，其IU特性曲线如图（C）所示，将它们与图（A）中电源按图（D）所示电路相连，A灯恰好正常发光，则电源内阻R，图（A）中定值电阻R0。（3）若将图（A）中定值电阻R0换成图（D）中小灯泡A，调节电阻箱R的阻值，使电阻箱R消耗的电功率是小灯泡A的两倍，则此时电阻箱阻值应调到_【分析】（1）由闭合电路欧姆定律可得出I与R的关系，结合图象可知纵坐标的意义；（2）由A灯可知流过电源的电流，由串并联电路的规律可得出路端电压；再由闭合电路欧姆定律可求得内阻；再由（1）中数据可求出定值电阻的阻值；（3）由功率公式可明确电阻箱的阻值；并由内外电阻功率关系可知能否使电功率相同【解析】（1）由闭合电路欧姆定律可知电流传感器S图（A）RR0R/O图（B）1359045123高考备考指导最具魔力的自媒体，微信公众号巧学物理微信号QIAOXUEWULI头条号巧学数理化巧学提分巧学提分巧学提分巧学提分6I0ERRR；要形成与电阻成一次函数关系，则纵坐标只能取1I，则有1I1ER0RRE，则图象的斜率为K1E145，则有E45V；0RRE1，则有R0R45（2）A灯正常发光的电流为I06A；则BC两灯的电流为03A，由图象可知，BC两灯的电压为05V；路端电压为U25V05V3V；则内压为U内45315V；则内阻为R150625，则定值电阻为R045252；（3）灯泡与滑动变阻器串联，故灯泡与电阻中流过的电流相等，而滑动变阻器阻值约为灯泡电阻的两倍；则滑动变阻器两端的电压为灯泡两端电压的两倍，设灯泡两端电压为U，则滑动变阻器两端电压为2U，则由闭合电路欧姆定律可知3U25I45，变形得I1612U；在上图中作出对应的IU图象，则与原图象的交点为符合条件点；由图可知，I048A，U115V；则滑动变阻器阻值为R2UI2115048480（4649均可）；当内外电阻相等时，内外电阻上消耗的功率才能相等，因灯泡内阻大于内阻，则不可能出现内外电阻相同的情况；【答案】（1）1I，45（2）25，2（3）460490【解后反思】本题考查电源的电动势和内电阻的测量方法及数据处理；解题的难点在于第三问中的数据处理；要注意图象法的应用，此题对学生数学知识的应用能力要求较高，应注意训练【调研9】小明同学设计了如图甲所示的电路测电源电动势E及电阻R1和R2的阻值实验器材有待测电源E（不计内阻），待测电阻R1，待测电阻R2，电流表A（量程为06A，内阻不计），电阻箱R（09999），单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干（1）先测电阻R1的阻值闭合S1，将S2切换到A，调节电阻箱R，读出其示数R1和对应的电流表示数I，将S2切换到B，调节电阻箱R，使电流表示数仍为I，读出此时电阻箱的示数R2则电阻R1的表达式为R1_（2）小明同学已经测得电阻R140，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值他的做法是闭合S1，将S2切换到B，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电流表示数I，由测得的数据，绘出了如图乙所示的1IR图线，则电源电动势E_V，电阻R2_3若实际电流表A的内阻不能忽略，由此导致电阻R1的阻值测量值与真实值相比，电阻R2的阻值测量值与真实值相比填“偏大”，“偏小”，“不变”【解析】（1）由题意可知，要想测出R1的示数，应根据电流表及电阻箱的示数进行分析，由题意可知，若控制电流不变，则电路中的电阻不变，根据串联电路的规律可得出电阻R1的表达式；故第二步应为将S2切换到B，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I；因电路中电流I相同，两次测量时电路电阻相等，故电阻的示数应为两次电阻箱的表达式，故R1R1R2（2）根据闭合电路欧姆定律得，EI（R1R2R），解得1I1ER12RRE，根据图线斜率得电源电动势之系列之系列之系列之系列物理实验物理实验物理实验物理实验测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻物林外传物林外传物林外传物林外传高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭7E20V，由纵轴截距得R240故答案为（1）将S2切换到B，调节电阻箱，使电流表的示数仍为IR1R1R2（2）2040三三三三、伏阻法伏阻法伏阻法伏阻法【调研10】某同学用如图甲所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻R，R为电阻箱。干电池的工作电流不宜超过05A。实验室提供的器材如下电压表量程03V，内阻约3K；电阻箱阻值范围09999；开关、导线若干。甲1请根据图甲的电路在图乙中画出连线，将器材连接成实验电路。乙2实验时，改变电阻箱R的值，记录电压表的示数U，得到若干组R、U的数据。根据实验数据绘出如图丙所示的1U1R图线。由图象得出电池组的电动势E_V，内阻R_。丙3关于这个实验中存在的误差以及减小误差的各种方法，下列说法正确的是A电压表的分流作用引起的误差属于偶然误差B该同学读电压表读数引起的误差属于系统误差C本实验用图象法处理数据可以减小偶然误差D如果将电压表的内阻计算在内就可以减小系统误差。【解析】1参见答案2根据闭合电路欧姆定律得EUURR，变换为1URE1R1E，结合图象可得图线斜率RE0850402125，图线在纵轴上截距1E035，解得电动势E286V，内阻R607。3电压表的分流作用引起的误差属于系统误差，选项A错误；该同学读电压表读数引起的误差属于偶然误差，选项B错误。答案1如图所示2286285287均可607606608均可3CD【调研11】某实验小组的同学利用如图甲所示的电路图测量一电源的电动势E和内阻R以及某未知电阻R的阻值，电路中的电压表是量程为030V的理想电表，电阻箱的阻值为0999，其中K1为单刀单掷开关、K2为单刀双掷开关。甲乙1为了测量未知电阻的阻值，该小组的同学首先将开关K1闭合，然后将单刀双掷开关K2扳到位置1，调节电阻箱的阻值，当电阻箱的阻值为R0时，电压表的读数为U1，此时保持电阻箱的阻值不变，将单刀双掷开关K2扳到位置2，此时电压表的示数为U2，用以上给出的物理量表示未知电阻的阻值R_；2通过测量，该小组的同学得到未知电阻的阻值为R88，为了测量电源的电动势E和内阻R，又进行了如下的操作将电键K1闭合，然后将单刀双掷开关K2扳到位置1，多次调节电阻箱的阻值，读出电阻箱的读数R0以及对应的电压表的读数U，根据多次测量的数据，以1U为纵坐标、1R0为横坐标作出的图线高考备考指导最具魔力的自媒体，微信公众号巧学物理微信号QIAOXUEWULI头条号巧学数理化巧学提分巧学提分巧学提分巧学提分8如图乙所示，则可知该电源的电动势E_V，该电源的内阻R_。【解析】1当单刀双掷开关接1时，测的是R0两端的电压，当单刀双掷开关接2时，测的是R和R0两端电压，由欧姆定律得RU2U1U1R0；2由闭合电路的欧姆定律得E0URR0RR，变形得1URRE1R01E，结合图线可解得E20V，R12。答案1U2U1U1R022012【解后反思】（1）电压表内阻很大，可以看成理想电表，可以根据串联电路知识求电阻；快速提高物理成绩的奇书巧学妙解王高中物理，百度巧学妙解王（2）由电阻箱及电压表得出电压和外电阻由闭合电路欧姆定律求电动势及R2的阻值；【调研12】某实验小组设计如下电路图来测量电源的电动势及内阻。其中待测电源电动势约为2V，内阻比较小；所用电压表量程为3V、内阻很大。按实验电路图在图（2）中连接实物图。先将电阻箱电阻调至如图（3）所示，则其电阻读数为_。闭合开关S，将S1打到B端，读出电压表的读数为110V；然后将S1打到A端，此时电压表读数如图（4）所示，则其读数为_。根据以上测量数据可得电阻R0_（计算结果保留两位有效数字）。将S1打到B端，读出电阻箱读数R以及相应的电压表读数U，不断调节电阻箱R，得到多组R值与相应的U值，作出11UR图如图5所示，则通过图像可以得到该电源的电动势E_V，内阻R_。（计算结果保留三位有效数字。）【解析】按实验电路图在图（2）中连接实物图先将电阻箱电阻调至如图（3）所示，则其电阻读数为1101111闭合开关S，将S1打到B端，读出电压表的读数为110V；电流I1111A01A然后将S1打到A端，此时电压表读数如图（4）所示，则其读数为150V根据以上测量数据可得电阻R015011140在闭合电路中，电源电动势KEUIRR0UURRR0整理得1U1E0RRE1R由图5所示图象可知，B1E06，解得E167V，图象斜率K0RRE3电源内阻RKER054100故答案为如图；11，150，40167，100【调研13】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，R025，电压表内阻对电路的影响可忽略不计该同学连接好31980123456798012345679801234567980123456710100010515100123V315406012025RVS1SBRAER1（2）VR0之系列之系列之系列之系列物理实验物理实验物理实验物理实验测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻测量电源电动势和内阻物林外传物林外传物林外传物林外传高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭高考备考名师李仲旭9电路后，使电阻箱阻值为0，闭合开关S，记下电压表读数为3V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，他画出了图丙所示的图象，图中虚线是图中趋线的渐近线（1）电路中R0的作用是（2）请在图乙中，将实物图正确连接（3）