2022高考物理一轮复习第八章实验10测定电源的电动势和内阻课件

1、实验实验1010测定电源的电动势和内阻测定电源的电动势和内阻第八章第八章2022必备知识必备知识 预案自诊预案自诊一、实验目的1.测量电源的电动势和内阻。2.加深对闭合电路欧姆定律的理解。二、实验思路如图甲或图乙所示,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e、r值。三、实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔和刻度尺。四、进行实验1.按实验电路图连接电路。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

2、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。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;(2)图线的斜率的绝对值表示 。六、误差分析1.由于读数不准和电表线性不良引起误差。2.用图像法求e和r时,由于作图不准确造成误差。3.实验时通电时间过长或电流过大,都会引起e、r变化。4.若采用图甲电路,由于电压表的分流作用造成误差,电压值越大,电压表的分流越多,对应的i真与i测的差值越大。其u-i图像如图丙所示。结论:e测e真,r测r真。七、注意事项1.为了使电池的路端电压变化明显,应选内阻大些的电池(选用已使用过一段时间的干电池)。2.在实验中

3、不要将i调得过大,每次读完u和i的数据后应立即断开电源,以免干电池的e和r明显变化。3.要测出多组(i,u)数据,且变化范围要大些。4.画u-i图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标i必须从零开始)。但这时图线与横轴交点的横坐标值不再是短路电流,而图线与纵轴交点的纵坐标值仍为电源电动势,图线斜率的绝对值仍为内阻。关键能力关键能力 学案突破学案突破考点一考点一教材原型实验教材原型实验【典例1】 (2020山东卷)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

4、,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u-i坐标纸上描点,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)甲 乙 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(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

5、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:如图丙所示的坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点,请在坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出u-i图像。丙 根据实验数据可知,所选的定值电阻为(填“r1”或“r2”)。 用笔画线代替导线,请按照改进后的方案,将下面的实物图连接成完整电路。丁 答案(1)b(2)如图所示。r1如图所示。解析(1)根据闭合电路欧姆定律有e=u+ir,整理可得u=-ri+e,故u-i图像斜率的

6、绝对值表示电源内阻大小,由图乙可知电压表示数变化小即u-i图像斜率小,原因是干电池内阻太小,故只有选项b正确。甲 (2)先根据表格数据把各点位置在图中找出,然后采用拟合的方法用直线连接各点得到如图甲所示的图像,注意要把图像延长至坐标轴,便于求截距和斜率。改进实验时,为了使电压表示数变化明显,需要把一个定值电阻与电源串联,将定值内阻看成等效电源的内阻一同测量,由作出的u-i图像可得斜率约为2.6 ,故实验中与电源串联的电阻只能为r1。结合解析可知,实物图连接如图乙所示。乙 考点二考点二实验的改进与创新实验的改进与创新实验原理的拓展换用不同的器材,可以用“安阻法”和“伏阻法”进行实验 安阻法 伏阻

7、法实验器材的替代(1)可用电阻箱替代滑动变阻器;(2)可用电压表和定值电阻替代电流表,也可用电流表和定值电阻替代电压表数据处理的创新实验中除了作u-i图像,还可作 图像等,只要能列出函数关系,找出斜率、截距即可【典例2】 (2018江苏卷)一同学测量某干电池的电动势和内阻。(1)如图甲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。甲 (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 /a-16.76.05.34.53.8根据表中数据,

8、在方格纸上作出r- 关系图像。由图像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 a时,电压表的指针位置如图乙所示,则该干电池的电动势应为 v;内阻应为 。 乙 答案(1)开关未断开电阻箱阻值为零(2)图像见解析1.4(1.301.44都算对)1.2(1.01.4都算对)(3)1.4结果与(2)问第一个空格一致1.0结果比(2)问第二个空格小0.2解析(1)连接电路时应将开关断开,且将电路中的电阻箱阻值调至最大以保护电流表。(2)将表中的数据在方格纸上

9、一一描点连线即可,如图所示: 素养微点安阻法测电源的电动势和内阻 实验原理 实验电路数据处理误差来源e=ir+ir(1)计算法:e=i1r1+i1re=i2r2+i2r(2)图像法:=电流表的分压,e测=e真,r测r真【典例3】 (2020江西抚州高三下学期一模)某物理兴趣小组想测量一电源的电动势和内阻(电动势约为1.5 v,内阻约为10 ),身边没有电流表,仅有电压表、定值电阻r0=150 、电阻箱r(0999.9 )、开关及导线。(1)小张同学设计了如图甲所示的电路图,小明同学设计了如图乙所示的电路图,小王同学设计了如图丙所示的电路图。通过分析可判断出同学设计的电路图不合适,理由是 。 (

10、2)小张同学通过实验数据描出 -r图像的一些点如图丁所示。请根据所描出的点作出一条直线,通过图像求得电源的电动势e= v,内阻r= 。(结果保留三位有效数字) (3)根据(2)所得电动势e的测量值真实值,电源内阻的测量值真实值。(选填“大于”“等于”或“小于”)答案(1)小王电源内阻较小,调节电阻箱时电压表的示数变化不明显(2)作图见解析1.52(1.501.54)9.60(9.2010.0)(3)小于小于解析(1)小王同学设计的电路图不合适,因为电源内阻较小,调节电阻箱时电压表的示数变化不明显。(2)图像如图,由闭合电路欧姆定律可知将图中数据代入,解得e=1.52 v,r=9.60 。(3)

11、若考虑电压表内阻的影响,设电压表与r0并联后的阻值为r,则rr0,表达式变为 ,则所得电动势e的测量值小于真实值,电源内阻的测量值小于真实值。素养微点伏阻法测电源的电动势和内阻 实验原理实验电路数据处理误差来源 (1)计算法:(2)图像法:电压表的分流e测e真,r测r真对应演练对应演练 迁移应用迁移应用1.(2020天津模拟)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100 a、内阻为2 500 的表头,一个开关,两个电阻箱(0999.9 )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50 ma的电流表,则应将表头与电阻箱(填“串联”或“并

12、联”),并将该电阻箱阻值调为 (精确到小数点后一位)。 (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,实验电路如图所示,通过改变电阻r测相应的电流i,进行相关计算后一并记录;根据数据,画出ir-i图线如下: 根据图线可得电池的电动势e是 v,内阻是 (内阻保留一位有效数字)。 答案(1)并联5.0(2)1.522解析(1)将小量程表头改装成更大量程的电流表,需给表头“并联”一个合适阻值的分流电阻;已知表头的满偏电流ig=100 a,表头内阻rg=2 500 ,改装后电流表量程ia=50 ma,设分流电阻为rx,由igrg=(ia-ig)rx解得rx=5.0 。(2)分析电路并由闭

13、合电路的欧姆定律可得e=i(r+ra+r),变形得 ir=-(ra+r)i+e,ir-i图像的纵轴截距为电池电动势,即e=1.52 v;图中直线斜率的绝对值为ra+r,则ra+r=7 ,所以电池内阻r=2 。2.(2020黑龙江哈尔滨模拟)某实验小组正在测定一节新型电池的电动势(约为3 v)和内阻,选取一个定值电阻r0当作保护电阻。(1)首先为了准确测量定值电阻r0的阻值,在操作台上准备了如下实验器材:a.电压表v(量程为03 v,电阻约为4 k)b.电流表a1(量程为01 a,内阻约为0.5 )c.电流表a2(量程为03 a,内阻约为0.5 )d.定值电阻r0(阻值约为3 )e.滑动变阻器r

14、(010 )f.开关s一个,导线若干上述器材中,在测量r0阻值时应选择(填器材前面的序号)为电流表,其实验电路图应选图甲中的(填图号),经测量定值电阻r0的阻值为2.8 。 (2)完成图乙中实验器材的连接。(3)根据实验记录的数据作出u-i图线如图丙所示,根据图丙可以求出待测新型电池的内阻为 ,电池电动势为 v。(保留2位有效数字)答案(1)ba(2)见解析图(3)0.952.9解析(1)新型电池的电动势约为3 v,定值电阻r0的阻值约为3 ,则通过定值电阻r0的最大电流约为1 a,故在测量r0的阻值时应选择电流表a1;由于电压表内阻远大于r0的阻值,故电流表采用外接的方法,即应选a。(2)如

15、图所示。(3)由电路图可得u=e-i(r0+r),则在u-i图线中,图线斜率的绝对值表示定值电阻和电源内阻之和,即r0+r= =3.75 ,所以电源的内阻r=0.95 ,由图像可知,i=0.1 a时,有u=2.5 v,代入u=e-i(r0+r)得到e=2.9 v。3.(2020湖南四县高三下学期联考)某实验小组用图甲所示电路测量电源e的电动势和内阻,图中电压表v的最大量程为3 v,虚线框内为用电流计g改装的电流表。(1)已知电流计g的满偏电流ig=200 ma、内阻rg=0.30 ,电路中已将它改装为最大量程600 ma的电流表,则r1= (结果取2位有效数字)。 (2)通过移动变阻器r的滑片,得到多组电压表v的读数u和电流计g的读数,作出如图乙的图像。某次测量时,电压表v的示数如图丙,则此时通过电源e的电流为ma(结果取3位有效数字);电源e的电动势等于 v,内阻等于 (结果取3位有效数字)。 (3)若用来改装电流表的电阻r1的实际阻值略小于计算值,则对电源电动势测量的结果(选填“有”或“没有”)影响。 答案(1)0.15(2)