202X届高考物理总复习第八章恒定电流实验十测定电源的电动势和内阻课件新人教版

1、实验十测定电源的电动势和内阻 【实验目的实验目的】1.1.会用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻。会用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻。2.2.进一步加深对闭合电路欧姆定律的理解。进一步加深对闭合电路欧姆定律的理解。3.3.进一步熟练掌握电压表和电流表的使用方法。进一步熟练掌握电压表和电流表的使用方法。【实验原理实验原理】闭合电路欧姆定律：闭合电路欧姆定律：E=UE=U外外+U+U内内。如果电表器材是电压表和电流表，可用如果电表器材是电压表和电流表，可用U-IU-I法，即法，即E=U+IrE=U+Ir。 原理图如图甲，实物连接图为图乙。原理图如图甲，实物连接图为图乙。 【实验器材实验

2、器材】电池电池( (被测电源被测电源) )、电压表、电流表、滑动变阻器、开、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导丝、坐标纸、刻度尺、铅笔等。关、导丝、坐标纸、刻度尺、铅笔等。【实验过程实验过程】1.1.连接电路：电流表用连接电路：电流表用0.6 A0.6 A量程，电压表用量程，电压表用3 V3 V量程，量程，按实验电路图连接好电路。按实验电路图连接好电路。2.2.测量与记录：测量与记录：(1)(1)把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端。把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端。(2)(2)闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据录一组数据(

3、I(I1 1，U U1 1) )。(3)(3)用同样方法测量出多组用同样方法测量出多组I I、U U值，填入数据记录表格值，填入数据记录表格中。中。(4)(4)断开开关，拆除电路，整理好器材。断开开关，拆除电路，整理好器材。【数据处理数据处理】设计表格，将测得的六组设计表格，将测得的六组U U、I I值填入表格中。值填入表格中。第第1 1组组第第2 2组组第第3 3组组第第4 4组组第第5 5组组第第6 6组组U/VU/VI/AI/A方法一：计算法方法一：计算法由由U=E-IrU=E-Ir列多个方程组求解，再求列多个方程组求解，再求E E、r r的平均值。的平均值。方法二：图象法方法二：图象法

4、以路端电压以路端电压U U为纵轴，干路电流为纵轴，干路电流I I为横轴，建坐标系、为横轴，建坐标系、描点、连线，纵轴截距为电动势描点、连线，纵轴截距为电动势E E，直线斜率，直线斜率k k的绝对的绝对值为内阻值为内阻r r。【误差分析误差分析】1.1.偶然误差：偶然误差：(1)(1)读数不准引起误差。读数不准引起误差。(2)(2)用图象法求用图象法求E E和和r r时，由于作图不准确造成误差。时，由于作图不准确造成误差。2.2.系统误差：系统误差：(1)(1)若采用甲图电路，由于电压表的分流作用造成误差，若采用甲图电路，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，对应的电压值越

5、大，电压表的分流越多，对应的I I真真与与I I测测的差的差越大。其越大。其U-IU-I图象如乙图所示。图象如乙图所示。 结论：结论：E E测测EE真真，r r测测rrr真真。【注意事项注意事项】(1)(1)为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池。池。(2)(2)电流不要过大，应小于电流不要过大，应小于0.5 A0.5 A，读数要快。，读数要快。(3)(3)要测出不少于要测出不少于6 6组的组的(I(I，U)U)数据，变化范围要大些。数据，变化范围要大些。(4)(4)若若U-IU-I图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的图线纵轴刻度不从零开始

6、，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据交点不再是短路电流，内阻应根据r= r= 确定。确定。(5)(5)电流表要相对电源外接电流表要相对电源外接( (因为因为r r很小很小) )。U|I热点一教材原型实验热点一教材原型实验【典例典例1 1】(2018(2018厦门模拟厦门模拟) )在测量一节干电池的电动在测量一节干电池的电动势势E E和内阻和内阻r r的实验中，小明设计了如图甲所示的实验的实验中，小明设计了如图甲所示的实验电路。电路。 (1)(1)根据图甲实验电路，请在图乙中用笔画线代替导线，根据图甲实验电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。完成实物电路的连接。(2)(

7、2)实验开始前，应先将滑动变阻器的滑片实验开始前，应先将滑动变阻器的滑片P P移至移至_(_(选填选填“a”a”或或“b”)b”)端。端。(3)(3)合上开关合上开关S S1 1，S S2 2接图甲中的接图甲中的1 1位置，改变滑动变阻位置，改变滑动变阻器的阻值，记录下几组电压表示数和对应的电流表示器的阻值，记录下几组电压表示数和对应的电流表示数；数；S S2 2改接图甲中的改接图甲中的2 2位置，改变滑动变阻器的阻值，位置，改变滑动变阻器的阻值，再记录下几组电压表示数和对应的电流表示数。再记录下几组电压表示数和对应的电流表示数。在同一坐标系内分别描点作出电压表示数在同一坐标系内分别描点作出电

8、压表示数U U和对应的电和对应的电流表示数流表示数I I的图象，如图丙所示，两直线与纵轴的截距的图象，如图丙所示，两直线与纵轴的截距分别为分别为U UA A、U UB B，与横轴的截距分别为，与横轴的截距分别为I IA A、I IB B。S S2 2接接1 1位置时，作出的位置时，作出的U-IU-I图线是图图线是图丙中的丙中的_(_(选填选填“A”A”或或“B”)B”)线；线；S S2 2接接1 1位置时，测出的电池电动势位置时，测出的电池电动势E E和内阻和内阻r r存在系统存在系统误差，原因是误差，原因是_表表( (选填选填“电压电压”或或“电流电流”) )的的示数偏示数偏_(_(选填选填

9、“大大”或或“小小”) )。【解析解析】(1)(1)实物连线图如图所示实物连线图如图所示 (2)(2)为保护电流表，实验开始前，应将滑片为保护电流表，实验开始前，应将滑片P P移至电阻移至电阻最大的最大的a a端。端。(3)(3)当当S S2 2接接1 1位置时，可把电压表与电源看作一个等位置时，可把电压表与电源看作一个等效电源，根据闭合电路欧姆定律效电源，根据闭合电路欧姆定律E=UE=U断断可知，电动势和可知，电动势和内阻的测量值均小于真实值，所以作出的内阻的测量值均小于真实值，所以作出的U-IU-I图线应是图线应是B B线；线；测出的电池电动势测出的电池电动势E E和内阻和内阻r r存在系

10、统误差，原因是存在系统误差，原因是电压表的分流，结果使电流表的示数偏小。电压表的分流，结果使电流表的示数偏小。答案：答案：(1)(1)见解析图见解析图(2)a(2)a(3)(3)B B电流小电流小【解题通法解题通法】1.1.实验电路的选择实验电路的选择干电池的内阻很小，电流表应相对电源外接。干电池的内阻很小，电流表应相对电源外接。2.2.实验仪器的选择实验仪器的选择(1)(1)干电池的电动势大约为干电池的电动势大约为1.5 V1.5 V，电压表应选择量程，电压表应选择量程为为3 V3 V的。的。(2)(2)滑动变阻器的选择要注意保证实验的安全性及方便滑动变阻器的选择要注意保证实验的安全性及方便

11、调节等问题。调节等问题。3.3.图线信息图线信息(1)(1)在电源的在电源的U-IU-I图线中，若两坐标轴均从零开始的，图线中，若两坐标轴均从零开始的，则图线与则图线与U U轴的截距为电源电动势，图线与轴的截距为电源电动势，图线与I I轴的截距轴的截距为电源的短路电流。为电源的短路电流。(2)(2)若若U U轴不以零开始，则轴不以零开始，则U U轴截距仍为电动势，轴截距仍为电动势，I I轴截轴截距不再是短路电流，则距不再是短路电流，则r= r= 。UI4.4.电源输出功率与路端电压的关系电源输出功率与路端电压的关系根据电源最大输出功率的条件，当外电阻等于电源内根据电源最大输出功率的条件，当外电

12、阻等于电源内阻时，电源输出功率最大。阻时，电源输出功率最大。热点二创新拓展实验热点二创新拓展实验创新角度创新角度实验装置实验装置的改变的改变 创新角度创新角度实验实验数据数据的处的处理理1.1.画画U-IU-I图象。图象。2.2.画画 图象。图象。3.3.画画R- R- 图象。图象。11RU1I题型题型1 1电表的改装电表的改装【典例典例2 2】 (2019 (2019开封模拟开封模拟) )某课外小组在参观工厂某课外小组在参观工厂时，看到一丢弃不用的电池，同学们想用物理上学到时，看到一丢弃不用的电池，同学们想用物理上学到的知识来测定这个电池的电动势和内阻，已知这个电的知识来测定这个电池的电动势

13、和内阻，已知这个电池的电动势约为池的电动势约为111113 V13 V，内阻小于，内阻小于3 3 ，由于直流，由于直流电压表量程只有电压表量程只有3 V3 V，需要将这只电压表通过连接一，需要将这只电压表通过连接一固定电阻固定电阻( (用电阻箱代替用电阻箱代替) )，改装为量程为，改装为量程为15 V15 V的电压的电压表，然后再用伏安法测电池的电动势和内阻，以下是表，然后再用伏安法测电池的电动势和内阻，以下是他们的实验操作过程：他们的实验操作过程：(1)(1)把电压表量程扩大，实验电路如图甲所示，实验步把电压表量程扩大，实验电路如图甲所示，实验步骤如下，完成填空。骤如下，完成填空。第一步：按

14、电路图连接实物；第一步：按电路图连接实物；第二步：把滑动变阻器滑片移到最右端，把电阻箱阻第二步：把滑动变阻器滑片移到最右端，把电阻箱阻值调到零；值调到零；第三步：闭合开关，把滑动变阻器滑片调到适当位置，第三步：闭合开关，把滑动变阻器滑片调到适当位置，使电压表读数为使电压表读数为3 V3 V；第四步：把电阻箱阻值调到适当值，使电压表读数为第四步：把电阻箱阻值调到适当值，使电压表读数为_ V_ V； 第五步：不再改变电阻箱阻值，保持电压表和电阻箱第五步：不再改变电阻箱阻值，保持电压表和电阻箱串联，撤去其他线路，即得量程为串联，撤去其他线路，即得量程为15 V15 V的电压表。的电压表。 (2)(2

15、)实验可供选择的器材有：实验可供选择的器材有：A.A.电压表电压表( (量程为量程为3 V3 V，内阻约，内阻约2 k)2 k)B.B.电流表电流表( (量程为量程为3 A3 A，内阻约，内阻约0.1 )0.1 )C.C.电阻箱电阻箱( (阻值范围阻值范围0 09 999 )9 999 )D.D.电阻箱电阻箱( (阻值范围阻值范围0 0999 )999 )E.E.滑动变阻器滑动变阻器( (阻值为阻值为0 020 20 ，额定电流，额定电流2 A)2 A)F.F.滑动变阻器滑动变阻器( (阻值为阻值为0 020 k20 k，额定电流，额定电流0.2 A)0.2 A)电阻箱应选电阻箱应选_，滑动变

16、阻器应选，滑动变阻器应选_。(3)(3)用该扩大了量程的电压表用该扩大了量程的电压表( (电压表的表盘没变电压表的表盘没变) )，测，测电池电动势电池电动势E E和内阻和内阻r r，实验电路如图乙所示，得到多，实验电路如图乙所示，得到多组电压组电压U U和电流和电流I I的值，并作出的值，并作出U-IU-I图线如图丙所示，可图线如图丙所示，可知电池的电动势为知电池的电动势为_ V_ V，内阻为，内阻为_ _ 。【创新点分析创新点分析】(1)(1)本实验应用半偏法原理将小量程电本实验应用半偏法原理将小量程电压表改装成大量程电压表，突出对改装原理的理解和压表改装成大量程电压表，突出对改装原理的理解

17、和应用。应用。(2)(2)对对U-IU-I图线应用和改装后电压表倍数关系求解，这图线应用和改装后电压表倍数关系求解，这点考生易错。点考生易错。【解析解析】(1)(1)将将3 V3 V电压表装成电压表装成15 V15 V量程，串联电阻箱量程，串联电阻箱后的总电阻为原来的电压表内阻的后的总电阻为原来的电压表内阻的5 5倍，由于滑动变阻倍，由于滑动变阻器位置不变，分压部分的两端电压仍为器位置不变，分压部分的两端电压仍为3 V3 V，此时电压，此时电压表两端的电压为表两端的电压为0.6 V0.6 V。(2)(2)改装电压表需要串联大电阻，电阻箱选改装电压表需要串联大电阻，电阻箱选C C；由于用；由于用

18、分压电路，滑动变阻器选分压电路，滑动变阻器选E E。(3)(3)由于电压表改装后量程扩大由于电压表改装后量程扩大5 5倍，将图丙的纵坐标倍，将图丙的纵坐标扩大扩大5 5倍，即可根据纵轴截距得电池的电动势为倍，即可根据纵轴截距得电池的电动势为2.32.35 V=11.5 V5 V=11.5 V，由图线斜率的绝对值可求得电源的内阻，由图线斜率的绝对值可求得电源的内阻为为r= =2.5 r= =2.5 。答案答案(1)0.6(1)0.6(2)C(2)CE E(3)11.5(3)11.52.52.52.3 1.55UI1.6题型题型2 2定值电阻扩大电源内阻定值电阻扩大电源内阻【典例典例3 3】某研究

19、性学习小组利用伏安法测定某一电池某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理图如图甲所示，其中，组的电动势和内阻，实验原理图如图甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计虚线框内为用灵敏电流计 改装的电流表改装的电流表 ， 为为标准电压表，标准电压表，E E为待测电池组，为待测电池组，S S为开关，为开关，R R为滑动变阻为滑动变阻器，器，R R0 0是标称值为是标称值为4.0 4.0 的定值电阻。的定值电阻。世纪金榜导世纪金榜导学号学号(1)(1)已知灵敏电流计已知灵敏电流计 的满偏电流为的满偏电流为I Ig g=100 A=100 A、内、内阻为阻为r rg g=2.0 k=

20、2.0 k，若要改装后的电流表满偏电流为，若要改装后的电流表满偏电流为200 mA200 mA，应并联一只，应并联一只_ (_ (保留一位小数保留一位小数) )的定的定值电阻值电阻R R1 1。 (2)(2)根据图甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整的根据图甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整的电路；电路； (3)(3)某次实验的数据如表所示：某次实验的数据如表所示：测量测量次数次数1 12 23 34 45 56 67 78 8电压表电压表 读数读数U/VU/V5.25.26 65.15.16 65.05.04 44.94.94 44.84.83 34.74.71 14.54.59 94.4

21、4.46 6改装表改装表 读数读数I/mAI/mA2020404060608080100100120120140140160160该小组借鉴该小组借鉴“研究匀变速直线运动研究匀变速直线运动”实验中计算加速实验中计算加速度的方法度的方法( (逐差法逐差法) )，计算出电池组的内阻，计算出电池组的内阻r=_ r=_ (保留两位小数保留两位小数) )；为减小偶然误差，逐差法在数据；为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是处理方面体现出的主要优点是_。(4)(4)该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一

22、已知电动元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误，则内阻测量值总是量值总是偏大。若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是偏大的原因是_。( (选填选项前的字母选填选项前的字母)A.A.电压表内阻的影响电压表内阻的影响B.B.滑动变阻器的最大阻值偏小滑动变阻器的最大阻值偏小C.RC.R1 1的实际阻值比计算值偏小的实际阻值比计算值偏小D.RD.R0 0的实际阻值比标称值偏大的实

23、际阻值比标称值偏大【创新点分析创新点分析】(1)(1)灵活应用闭合电路欧姆定律测电源灵活应用闭合电路欧姆定律测电源电动势和内阻，并能会对电路图原理进行误差分析。电动势和内阻，并能会对电路图原理进行误差分析。(2)(2)为使电表示数变化明显，电路串联一定值电阻为使电表示数变化明显，电路串联一定值电阻R R0 0，等效扩大了电源内阻为等效扩大了电源内阻为r+Rr+R0 0。【解析解析】(1)(1)由电流表的改装知识可知，由电流表的改装知识可知，R R1 1= = 1.0 1.0 。(2)(2)如图所示。如图所示。 g gmgI rII6336100 102.0 10200 10100 10(3)(

24、3)根据闭合电路的欧姆定律结合逐差法可知：根据闭合电路的欧姆定律结合逐差法可知：r r1 1= = -R -R0 0，r r2 2= -R= -R0 0，r r3 3= -R= -R0 0，r r4 4= = -R-R0 0，故，故r= -Rr= -R0 01.66 1.66 ，逐差法在计算，逐差法在计算中体现的主要优点是：充分利用已测得的数据。中体现的主要优点是：充分利用已测得的数据。1551UUII2662UUII3773UUII4884UUII1234rrrr4(4)(4)根据题意可知，内阻的测量为根据题意可知，内阻的测量为r r测测= -R= -R0 0，因此，因此，电压表的内阻、滑动

25、变阻器的阻值对测量结果无影电压表的内阻、滑动变阻器的阻值对测量结果无影响。若响。若R R1 1的实际值比计算值偏小，则改装后的电流表的实际值比计算值偏小，则改装后的电流表示数偏小，导致内阻测量值偏大。根据内阻测量值的示数偏小，导致内阻测量值偏大。根据内阻测量值的表达式可知，表达式可知，R R0 0的实际值比标称值偏大，也会导致内的实际值比标称值偏大，也会导致内阻测量值偏大。选阻测量值偏大。选C C、D D。 UI答案：答案：(1)1.0(1)1.0(2)(2)见解析见解析(3)1.66(3)1.66充分利用已测充分利用已测得的数据得的数据(4)C(4)C、D D题型题型3 3电压表电压表+ +

26、电阻箱电阻箱【典例典例4 4】小张同学根据所学的电路知识利用如图甲所小张同学根据所学的电路知识利用如图甲所示的电路来测定未知电阻示的电路来测定未知电阻R Rx x的值及电源电动势的值及电源电动势E E和内阻和内阻r r，其中，其中R R为可变电阻箱。为可变电阻箱。 (1)(1)小张用下列方法测未知电阻小张用下列方法测未知电阻R Rx x的值，请你补全实验的值，请你补全实验步骤。步骤。将电压表选择合适的量程，闭合开关将电压表选择合适的量程，闭合开关S S1 1，_ _ ( (选填选填“闭合闭合”或或“断开断开”) )开关开关S S2 2，调节电阻箱，调节电阻箱R R，使，使电压表读数尽可能大，记

27、下电压表的读数电压表读数尽可能大，记下电压表的读数U U和电阻箱接和电阻箱接入电路中的电阻值入电路中的电阻值R R0 0。 保持开关保持开关S S1 1闭合，闭合，_(_(选填选填“闭合闭合”或或“断断开开”) )开关开关 S S2 2，增加电阻箱接入电路中的电阻，使电，增加电阻箱接入电路中的电阻，使电压表读数为压表读数为U U，记下电阻箱接入电路中的电阻值，记下电阻箱接入电路中的电阻值R R1 1 。 可以得出待测电阻可以得出待测电阻R Rx x=_(=_(用题中已知字母表用题中已知字母表示示) ) 。(2)(2)由第由第(1)(1)问小张同学测出了问小张同学测出了R Rx x的阻值后，他把

28、开关的阻值后，他把开关S S1 1闭合，闭合， S S2 2始终保持断开，改变电阻箱始终保持断开，改变电阻箱R R接入电路中接入电路中的电阻，得到多组数据，他把这些数据描在的电阻，得到多组数据，他把这些数据描在 图象上，得到一直线如图乙所示，由图线可得电源图象上，得到一直线如图乙所示，由图线可得电源电动势电动势E=_VE=_V，电源内阻，电源内阻r= _r= _。( (结果保结果保留三位有效数字留三位有效数字)x11URR【创新点分析创新点分析】(1)(1)本实验有双重知识点考查，既能利本实验有双重知识点考查，既能利用设计的电路测电阻，又能测电源的电动势和内阻。用设计的电路测电阻，又能测电源的

29、电动势和内阻。(2)(2)能巧妙变换数学表达式理解物理量意义，以考查学能巧妙变换数学表达式理解物理量意义，以考查学生对本实验原理理解、综合分析和应用能力。生对本实验原理理解、综合分析和应用能力。【解析解析】(1)(1)根据题意，两个步骤中保证同一电源的路根据题意，两个步骤中保证同一电源的路端电压相等，根据闭合电路的欧姆定律可以知道，两端电压相等，根据闭合电路的欧姆定律可以知道，两次实验中外电路的电阻一定相等，从而可以求出待测次实验中外电路的电阻一定相等，从而可以求出待测电阻的阻值，因此应先断开开关电阻的阻值，因此应先断开开关S S2 2，将待测电阻接入，将待测电阻接入电路，测出电阻箱接入电阻并

30、读出电压表示数电路，测出电阻箱接入电阻并读出电压表示数U U；然后；然后再连接开关再连接开关S S2 2，将，将R Rx x短路，再调节电阻箱，即可得出短路，再调节电阻箱，即可得出上一步中电阻箱与待测电阻的阻值之和，则可以知道上一步中电阻箱与待测电阻的阻值之和，则可以知道所测电阻值为所测电阻值为R Rx x=R=R1 1-R-R0 0。(2)(2)根据闭合电路欧姆定律可得：根据闭合电路欧姆定律可得：E=U+ rE=U+ r变形可得：变形可得： 由图乙可以知道：由图乙可以知道： 计算得出：计算得出：E=2.00 VE=2.00 V，r=1.00 r=1.00 。答案：答案：(1)(1)断开断开

31、闭合闭合 R R1 1-R-R0 0(2)2.00(2)2.001.001.00 xURRx11r1UEE RR1r1.00.50.5,EE1.0题型题型4 4电流表电流表+ +电阻箱电阻箱【典例典例5 5】(2018(2018江苏高考江苏高考) )一同学测量某干电池的电一同学测量某干电池的电动势和内阻。动势和内阻。(1)(1)甲图所示是该同学正准备接入最后一根导线甲图所示是该同学正准备接入最后一根导线( (图中图中虚线所示虚线所示) )时的实验电路。请指出图中在器材操作上存时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。在的两个不妥之处。(2)(2)实验测得的电阻箱阻值实验测得的电阻箱阻值R R和电流表示数和电流表示数I I，以及计算，以及计算的的 数据见表：数据见表：R/R/8.08.07.07.06.06.05.05.04.04.0I/AI/A0.150.150.170.170.190.190.220.220.260.26 /A /A-1-16.76.76.06.05.35.34.54.53.83.81I1I根据表中数据，在方格纸上作出根据表中数据，