2022届高考物理一轮复习第8章恒定电流实验10测定电源的电动势和内阻教案新人教版

1、实验十测定电源的电动势和内阻1实验目的(1)测定电源的电动势和内阻。(2)加深对闭合电路欧姆定律的理解。2实验原理(1)如图甲所示，改变r的阻值，从电压表和电流表中读出几组u、i值，利用闭合电路的欧姆定律求出几组e、r值，最后分别算出它们的平均值。(2)用图象法来处理数据，在坐标纸上以i为横坐标、u为纵坐标，用测出的几组i、u值画出ui图象，如图乙所示，直线跟纵轴的交点的纵坐标表示电源电动势e的值，图线的斜率的绝对值即电源内阻r的值。甲乙3实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。4实验步骤(1)连实物图：电流表用0.6 a的量程，电压表用3 v的量程，按实验原理图

2、连接好电路。(2)滑动变阻器移至最大：把滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值最大的一端。(3)测几组u、i值：闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(i1，u1)。用同样的方法再测量几组i、u值，填入表格中。(4)整理器材：断开开关，拆除电路，整理好器材。5数据处理(1)公式法：联立六组对应的u、i数据，满足关系式u1ei1r、u2ei2r、u3ei3r，让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组e、r，取其平均值作为电池的电动势e和内阻r。(2)图象法：在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

3、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，则直线与纵轴交点的纵坐标值即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率绝对值即为电池的内阻r，即r。6误差分析(1)偶然误差：电表读数及用图象法求e和r时作图不准确。(2)系统误差：如实验原理图甲中由于电压表的分流，测量结果是：e测e真，r测r真。7注意事项(1)可选用旧电池：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一节干电池。(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，实验中不要将电流i调得过大，读

4、电表要快，每次读完立即断电。(3)计算法求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式和第4式为一组、第2式和第5式为一组、第3式和第6式为一组，分别解出e、r值再求平均值。(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，电源的内阻不能用r确定，应根据r确定。 教材原型实验1“用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻”的实验，供选用的器材有：a电流表(量程00.6 a，ra1 )b电流表(量程03 a，ra0.6 )c电压表(量程03 v，rv5 k)d电压表(量程015 v，rv1

5、0 k)e滑动变阻器(010 ，额定电流1.5 a)f滑动变阻器(02 k，额定电流0.2 a)g待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干(1)在虚线框中画出本实验的电路图。(2)电路中的电流表应选用_，电压表应选用_，滑动变阻器应选用_。(用字母代号填写)(3)如图所示为实验所需器材，请按实验原理图连接成正确的实验电路。解析(1)电路图如图甲所示，电压表的内阻rvr，系统误差较小。甲(2)考虑到待测电源只有一节干电池，所以电压表应选c；测量一节干电池的电动势和内阻一般选用0.6 a的电流表，所以电流表应选a；滑动变阻器不能选择阻值太大的，从允许最大电流和减小实验误差的角度来看，应选择电阻较

6、小额定电流较大的滑动变阻器e。(3)如图乙所示乙答案(1)见解析图甲(2)ace(3)见解析图乙2实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有：干电池一节(电动势约1.5 v，内阻小于1 )；电压表v(量程3 v，内阻约3 k)；电流表a(量程0.6 a，内阻约1 )；滑动变阻器r(最大阻值为20 )；定值电阻r1(阻值2 )；定值电阻r2(阻值5 )；开关一个，导线若干。(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在ui坐标纸上描点

7、，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是_。(单选，填正确答案标号)a电压表分流b干电池内阻较小c滑动变阻器最大阻值较小d电流表内阻较小甲乙丙丁(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。序号1234567i/a0.080.140.200.260.320.360.40u/v1.351.201.050.880.730.710.52请根据实验数据，回答以下问题：图丙上已标出后3组数据对应的坐标点，请在图丙上标出前4组数据对应的坐标点并画出ui图象。根据实验数据可知，所选的定值电阻为_(填“r1”

8、或“r2”)。用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将图丁中的实物图连接成完整电路。解析(1)路端电压ur，若电源内阻远小于外电路总电阻，则电压表示数总是接近电源的电动势，变化范围小，故b项正确。(2)由画出的ui图线知等效电源内阻r 2.58 ，因此选的定值电阻为r1。连接实物图时，从电源正极出发，依次连接各器材，电压表并联在滑动变阻器和电流表两端，注意电流从正接线柱流入，负接线柱流出。答案(1)b(2)如图1所示r1如图2所示图1图2数据处理的两种方法(1)计算方法解方程组求平均值(2)图象法：画出电源的ui图象，如图所示，由urie图线与纵轴交点为e。图线斜率的绝对值表示r。 拓展创新实

9、验实验器材及数据处理创新一同学测量某干电池的电动势和内阻。(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处：_；_。(2)实验测得的电阻箱阻值r和电流表示数i，以及计算的数据见下表：r/8.07.06.05.04.0i/a0.150.170.190.220.26/a16.75.95.34.53.8根据表中数据，在方格纸上作出r关系图象。由图象可计算出该干电池的电动势为_ v；内阻为_ 。(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mv的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱，当电流表的示数为0.33

10、 a时，电压表的指针位置如图所示，则该干电池的电动势应为_ v；内阻应为_ 。解析(1)连接电路时电源应与电路断开，所以开关要断开；另一错误是电阻箱接入电路的电阻是零，这样容易烧坏电流表和电源。(2)将数据描点连线，作出一条倾斜的直线。根据闭合电路欧姆定律ei(rr)得rer，所以图线的斜率表示电源电动势e v1.37 v，截距绝对值表示r1.20 。(3)用电压表与电流表并联，可测得电流表的内阻ra 0.20 ，考虑电表内阻对实验的影响，则ei(rrar)，得re(rar)，所以图线的斜率仍表示电动势，电动势的准确值为1.37 v，图线的截距的绝对值表示(rar)，所以内阻精确值为r(1.2

11、00.20)1.00 。答案(1)开关未断开电阻箱阻值为零(2)图象如图所示1.37(1.301.44都算对)1.20(1.001.40都算对)(3)1.37结果与(2)问第一个空格一致1.00结果比(2)问第二个空格小0.2创新点解读：本实验应用电流表和电阻箱替代电流表和电压表，从而提高实验的精准度；在实验数据处理过程中，利用rf(1,i) 图象替代ui图象。实验目的创新寒假期间，某课外活动小组用苹果自制了一水果电池组。现在要测量该电池组的电动势和内阻(电动势约为2 v，内阻在12 k之间)，实验室现有如下器材各一个：多用电表：欧姆挡(1，10，100，1 k)直流电流挡(00.5 ma,0

12、1 ma,010 ma,0100 ma)直流电压挡(00.5 v,02.5 v,010 v,050 v,0250 v,0500 v)电压表：(03 v,015 v)电流表：(00.6 a,03 a)滑动变阻器：r1(010 )，r2(02 000 )开关及导线若干。(1)该小组同学先用多用电表直流电压“02.5 v”挡，粗测了电池组的电动势，指针稳定时如图甲所示，其示数为_ v(结果保留两位有效数字)。甲乙(2)为了更精确地测量该电池组的电动势和内阻，采用伏安法测量，应选_测电压，选_测电流(填电表名称和所选量程)；滑动变阻器应选_(填电阻符号)。(3)请设计实验电路，并用笔画线代替导线将图乙

13、中相关器材连成实物电路图。解析(1)多用电表读数为1.8 v。(2)用伏安法测量该电池组的电动势及内阻，应选用03 v的电压表测量电压，因为通过水果电池组的最大电流约为i，即为0.91.8 ma，故选择多用电表直流电流(01 ma)挡；因为电池组内阻在12 k之间，所以滑动变阻器选择r2；(3)实物连线如图所示。答案(1)1.8(2)电压表(03 v)多用电表直流电流挡(01 ma)r2(3)连线图见解析创新点解读：本实验创新点体现在以测“水果电池”的电动势和内电阻替代测干电池的电动势和内电阻。实验过程创新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

14、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：.设计如图甲所示的电路图，正确连接电路。甲.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，得到如图乙所示的图线。乙.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)

15、电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(2)由图乙的图线，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)由题图乙的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e约为6 v，故r外r，则滑动变阻器选r2。(2)由题图得：r 25 。(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

16、相同。rx接a、b之间时，u(rrx)，rx接b、c之间时，ur，故两种情况下电压变化不同。答案(1)a2r2(2)25(3)r(4)相同不同创新点解读：本题的创新点体现在以下两方面：(1)当rx接在a、b之间时，电压表、电流表测量的是电源的路端电压随电流的变化，为电源内阻r。(2)当rx接在b、c之间时，把rx等效为电源内阻，电压表、电流表测量的是等效电源的路端电压随电流的变化，为rx和r之和。1.(实验器材及数据处理创新)如图所示为某兴趣小组测量电池组的电动势和内阻的实验原理图，已知电池组的电动势约为3 v，内阻约为2 。现提供的器材如下：a电池组b电压表v1(量程010 v，内阻约为10

17、 000 )c电压表v2(量程03 v，内阻约为3 000 )d电阻箱r(099.9 )e定值电阻r120 f定值电阻r21 000 g开关和导线若干(1)如果要准确测量电源的电动势和内阻，电压表v应选择_(选填“b”或“c”)；定值电阻r0应选择_(选填“e”或“f”)。(2)改变电阻箱的阻值r，记录对应电压表的读数u，作出的 图象如图所示，图线与横、纵坐标轴的截距分别为b、a，定值电阻的阻值用r0表示，则可得该电池组的电动势为_，内阻为_(用字母表示)。(3)该实验测得的电动势与真实值相比_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)，内阻的测量值与真实值相比_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。解

18、析(1)电压表v1的量程太大，使得电压表指针的偏角太小，测量误差太大，r21 000 的定值电阻太大，使得电压表指针的偏角太小，且在改变电阻箱阻值时，电压表的示数变化不明显，故电压表选择c，定值电阻选择e。(2)由闭合电路欧姆定律得ue(rr0)，化简得，则有k，a，解得e，rr0。(3)考虑到电压表的分流作用，则有eu(rr0)，变形得，纵轴截距变大，为，计算时依然用求解e和r，则求得的值均偏小。答案(1)ce(2)r0(3)偏小偏小2(实验目的及数据处理创新)某同学设想运用如图甲所示的实验电路，测量未知电阻rx的阻值、电流表a的内阻和电源(内阻忽略不计)的电动势，实验过程中电流表的读数始终

19、符合实验要求。(1)为了测量未知电阻rx的阻值，他在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值调至_(选填“最大”或“最小”)，然后闭合开关k1，将开关k2拨至1位置，调节r2使电流表a有明显读数i0；接着将开关k2拨至2位置。保持r2不变，调节r1，当调节r134.2 时，电流表a读数仍为i0，则该未知电阻的阻值rx_ 。(2)为了测量电流表a的内阻ra和电源(内阻忽略不计)的电动势e，他将r1的阻值调到r11.5 ，r2调到最大，将开关k2拨至2位置，闭合开关k1；然后多次调节r2，并在表格中记录下了各次r2的阻值和对应电流表a的读数i；最后根据记录的数据，他画出了如图乙所示的图象，根据你所学的知识和题中所给字母写出该图象对应的函数表达式：_；利用图象中的数据可求得，电流表a的内阻ra_，电源(内阻忽略不计)的电动势e_v。甲乙解析(1)为了保护电路，需要将电阻箱的阻值都调至最大，因为两种情况下电流表示数相同，rx和r1等效，所以rxr134.2 。(2)根据闭合电路欧姆定律得ei(r1r2ra)，解得r2，故r2图象的斜率为，纵截距