状元之路2016届高三物理一轮复习课件开卷速查第7章恒定电流4讲实验二

选修必考部分恒定电流第七章特色一角提技能回扣教材抓基础第4讲

实验(二)题型分类学方法夯实基础厚积薄发回扣教材

抓基础知识梳理一、测定电源的电动势和内阻1．实验目的测定电源的电动势和内阻．2．实验原理(1)用电压表、电流表、可变电阻(如滑动变阻器)测量．如图

7－4－1所示：测出两组

U、I值，就能算出电动势和内阻．原理公式：□1

E＝U＋Ir

.(2)用电流表、电阻箱测量．如图

7－4－2

所示：测出两组I、R

值，就能算出电动势和内阻．原理公式：□2

E＝I(R＋r)．图7－4－1图7－4－2图7－4－3(3)用电压表、电阻箱测量．如图

7－4－3

所示：测出两组U、R

值，就能算出电动势和内阻．原理公式：□3.下面以图

7－4－1

所示的方法介绍实验步骤和实验数据的处理方法．E＝U＋URr3．实验器材电池(待测电源)，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，导线，坐标纸．4．实验步骤确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图7－4－1把器材连接好．把滑动变阻器滑片移到电阻□4

最大的一端．(3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组□5电压

、□6

电流

值．断开开关，整理好器材．数据处理：在坐标纸上作□7

U­I

图线，求出

E、r.5．数据处理(1)公式法：原则上，利用两组U、I

数据，根据公式E＝U＋Ir

便可得到E、r，但这样误差较大，为减小误差，可测多次求平均值．(2)图象法：将多组U、I

数据描在坐标纸上，利用图线求解电动势和内阻．①图线的纵坐标是路端电压，横坐标是干路电流，根据U＝E－Ir，图线是向下倾斜的直线．②电阻的伏安特性曲线中，U

与I

成正比，前提是R

保持一定，而这里的U­I图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R

的变化，才有I

和U

的变化．③实验中至少得到

5

组以上实验数据，画在坐标纸上拟合出一条直线．要使多数点落在直线上，且分布在直线两侧的点个数大致相等．④将图线延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就等于□8

电动势

．横轴截距点(路端电压U＝0)意味着短路情况，它的数值等于□9

短路电流．6．注意事项实验电路图：电流表和滑动变阻器串联后与电压表并联．电流表一般选0～0.6

A

挡，电压表一般选0～3

V

挡．电流不能过大，一般小于0.5

A.由于电池内阻一般较小，为使电压表读数有明显变化，可采用内阻较大的旧电池，或给电池串联一个定值电阻R0，测出等效内阻后再减掉R0

即可．7．误差分析系统误差：由于电压表的分流，电流表读数略小于干路总电流，使E、r

测量值均小于真实值．偶然误差：读数或作图不准确会产生偶然误差．二、练习使用多用电表1．实验目的练习用多用电表测电阻．用多用电表探索黑箱内的电学元件．

2．实验器材多用电表，干电池，电阻箱，定值电阻，晶体二极管，导线.3．实验原理多用电表由□10

表头

、选择开关和测量线路三部分组成(如图7－4－4

所示)，表头是一块高灵敏度磁电式电流表，其满偏电流约几十到几百μA，选择开关和测量线路相配合，可测量直流电流、交流和直流电压及直流电阻等．测量直流电阻部分即欧姆表是依据闭合电路欧姆定律制成的，原理如图7－4－5

所示，当红、黑表笔短接并调节R

使指针满偏时有：gI

＝Er＋rg＋R R中＝

E

①x

x当表笔间接入待测电阻

R

时，有

I

＝ER中＋Rx②Ixg R中

x中联立①②式解得I

＝R

＋R

③x中1由③式知当

R

＝R

时，Ix＝2Ig，指针指在表盘刻度中心，故称R

中为欧姆表的中值电阻，由②式或③式可知每一个Rx都有一个对应的电流值I，如果在刻度盘上直接标出与I

对应的Rx

的值，那么当红、黑表笔分别接触待测电阻的两端，就可以从表盘上直接读出它的阻值．由于电流和电阻的非线性关系，表盘上的电流刻度是□11

均匀

的，其对应的电阻刻度是□12

不均匀

的，电阻的零刻度在电流满刻度处．4．多用电表的使用方法(1)使用前应查看指针是否指在刻度盘左端零刻线处．如不在，应进行机械调零．方法是用小螺丝刀轻旋表头正下方中央处的调零螺丝，使指针指左端零刻线．(2)根据被测物理量及其数量级将选择开关旋到相应的位置．读数时还要注意选用刻度盘上对应的量程刻度．如测量20

mA

左右的直流电流，应将选择开关对准左边100

mA

量程处；在刻度盘上，如果看最下一行刻度，即满偏刻度为10

的刻线，从刻度盘读出数据后还应再乘10，得测量结果．如图

7－4－6.5．实验步骤(1)练习使用多用电表准备：①观察多用电表的外形，认清选择开关的测量项目及量程；②检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置．若不指零，则可用小螺丝刀调整机械调零旋钮使指针指零；③将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔．测电压和电流：a.将选择开关置于直流电压2.5

V

挡，测1.5

V

干电池的电压；b．将选择开关置于交流电压250

V挡，测220

V的交流电压；c．将选择开关置于直流电流10mA挡，测量1.5V干电池与200

Ω

电阻串联回路的电流．测电阻：a.将选择开关置于欧姆表的“×1”挡，短接红、黑表笔，转动调零旋钮，使指针指向欧姆表刻度的零位置；b．将两表笔分别接触几欧、几十欧的定值电阻两端，读出欧姆表指示的电阻数值，并与标准值比较，然后断开表笔；c．将选择开关置于欧姆表的“×100”挡，重新调整欧姆零点，然后测定几百欧、几千欧的电阻，并将测定值与标准值进行比较；d．选择适当的量程，测定灯泡、电炉丝和人体的电阻．实验完毕，将表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡．(2)用多用电表探测黑箱内的电学元件①黑箱上的三个接点呈三角形排列，两个接点间最多只能有一个元件，箱内的总元件数不超过两个，可能的元件有电池、电阻和二极管，但一般不设置电池．②二极管全称晶体二极管，它是用半导体材料制成的电子元件．二极管有两根引线，一根叫正极，一根叫负极．将二极管和小灯泡按如图7－4－7

所示的电路连接起来，即给二极管加上正向电压，可以看到，小灯泡正常发光；将二极管的两极对调一下，即给二极管加上反向电压，可以看到，小灯泡不发光(如图7－4－8

所示)．这说明二极管具有单向导电性．当二极管加上一定的正向电压时，它的电阻值很小，就像一个接通的开关一样；当给二极管加上反向电压时，它的电阻值变得很大，就像断开的开关一样．6．注意事项(1)由于使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出．使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔．测量直流电压和电流时，红表笔应该接高电势，黑表笔接低电势．要区分开“机械零点”与“欧姆零点”．“机械零点”使指针在表盘刻度左侧“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”使指针在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮．合理选择欧姆挡的量程，使指针尽量在表盘中间位置附近．每变换一次挡位，都要重新进行欧姆调零．由于欧姆表盘难以估读，测量结果只需取两个有效数字，读数时不要忘记乘上相应挡位的倍率．测量待测电阻的阻值时，待测电阻要跟其他元件和电源断开，否则不但影响测量结果，甚至可能会损坏电表．(7)多用电表使用完毕后，应将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡．若长期不用电表时还应把电池取出．(8)用多用电表测黑箱时，一定要先用电压挡判断其内部有无电源，确认无电源后才能使用欧姆挡测量．7．误差分析欧姆表刻度不均匀造成误差．多用电表内电池用旧了电动势下降带来误差．考点自测考点一

测定电源的电动势和内阻1．在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中：备有如下器材：干电池1

节；滑动变阻器(0～20

Ω)；滑动变阻器(0～1

kΩ)；D．电压表(0～3

V)；

E．电流表(0～0.6

A)；

F．电流表(0～3A)；G．开关、导线若干．其中滑动变阻器应选

，电流表应选

．(只填器材前的序号)(2)为了最大限度地减小实验误差，请在下面的虚线框中画出该实验最合理的电路图．(3)某同学记录的实验数据如下表所示，试根据这些数据在图

7－4－9中画出

U－I图线，根据图线得到被测电池的电动势

E＝

V，内阻

r＝

Ω.123456I/A0.100.150.200.250.300.40U/V1.321.261.181.131.040.93答案：(1)B

E

(2)如解析图

7－4－10

所示(3)U­I

图象如解析图

7－4－11

所示

1.45

1.32．图7－4－12

为简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流

Ig＝300

μA，内阻

Rg＝100

Ω，可变电阻

R

的最大阻值为

10

kΩ，电池的电动势

E＝1.5

V，内阻

r＝0.5Ω，图中与接线柱

A

相连的表笔颜色应是

色，按正确使用方法测量电阻

Rx

的阻值时，指针指在刻度盘的正中央，则

Rx

为

kΩ.若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述

Rx，其测量结果与原结果相比将

(填“变大”“变小”或“不变”)．解析：本题考查欧姆表的结构、测量原理和相关计算，还涉及测量误差的分析．欧姆表是电流表改装的，必须满足电流的方向“＋”进“－”出，即回路中电流从标有“＋”标志的红表笔进去，所以与

A

相连的表笔颜色是红色；当两表笔短接(即

Rx＝0)时，电流表应调至满偏电流

Ig，设此时欧内gR内内EIg姆表的内阻为

R

，此时有关系

I

＝

E

得

R

＝

＝5

kΩ；当g指针指在刻度盘的正中央时I＝I

/2Ig

E

，代入数据，有2

＝R

＋Rx内可得Rx＝R

内＝5

kΩ；当电源电动势变小、内阻变大时，由于g

gR内电流表满偏电流

I

不变，由公式

I

＝

E

得，欧姆表内阻

R内应调小，待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出来的，由I＝E内R

＋RxIgR内内R

＋Rx＝

＝Ig1＋R

xR内内，可知当

R

变小时，I

变小，指针跟原来的位置相比偏左了，欧姆表的示数变大．答案：红

5

变大旋动部件

，使指针对准电流的“0”刻线．将K

旋转到电阻挡“×100”的位置．将插入“＋”“－”插孔的表笔短接，旋动部件

，使指针对准电阻的

(填“0”刻线或“∞”刻线)．(4)将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小．为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按

的顺序进行操作，再完成读数测量．将K

旋转到电阻挡“×1

k”的位置将K

旋转到电阻挡“×10”的位置将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接

D．将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准解析：本题考查多用电表的使用及操作要点，考查考生对多用电表使用的熟练程度．答案：(1)S

(3)T

0刻线

(4)ADC考点分类点点击破题型分类

学方法题型一测定电源的电动势和内阻【例

1】

(2013·安徽卷)根据闭合电路欧姆定律，用图

7－4－14

甲所示电路可以测定电池的电动势和内阻．图中R0是定值电阻，通过改变R

的阻值，测出R0

两端的对应电压U12，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的．根据实验0数据在

1

­R

坐标系中描出坐标点，如图乙所示．已知

R

＝150U12Ω，请完成以下数据分析和处理．甲乙图7－4－14(1)图乙中电阻为

Ω的数据点应剔除；(2)在坐标纸上画出

1

­R

关系图线；U12(3)图线的斜率是

(V－1·Ω－1)，由此可得电池电动势

E＝

V.解析：(1)由图可知，明显不在直线上的点对应的横坐标为80

Ω.U12(2)

1

­R

关系图线如图7－4－15

所示．图7－4－15(3)由图象可知，斜率为0.004

44；根据闭合电路欧姆定律，E＝12R00U

1 U12(R

＋R＋r)，得

＝

1

1 ER0

ER00R＋

(R

＋r)，可知

1

ER0＝0.004

44，得E≈1.50V.答案：(1)80(2)见解析(3)0.004

441.50

V(2)现有电流表(0～0.6

A)、开关和导线若干，以及以下器材：A．电压表(0～15

V)B．电压表(0～3

V)

C．滑动变阻器(0～50

Ω)D．滑动变阻器(0～500

Ω)实

验

中

电

压

表

应

选

用

；

滑

动

变

阻

器

应

选

用

．(选填相应器材前的字母)(3)某位同学记录的6

组数据如表所示，其中5

组数据的对应点已经标在图7－4－17

的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U

­I

图线.序号123456电压U(V)1.451.401.301.251.201.10电流I(A)0.0600.1200.2400.2600.3600.480图7－4－17(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势

E＝

V，内电阻

r＝

Ω.(5)实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U

及干电池的输出功率

P

都会发生变化．图

7－4－18

的各示意图中正确反映

P

­

U

关系的是

．ACB图7－4－18D解析：(1)测量电源电动势和内阻实验中，由于干电池的内阻很小，电流表应内接，所以应该选择的实验电路为甲．(2)由于干电池的电动势大约为1.5

V，所以电压表选择量程为3V

的，滑动变阻器选择0～50

Ω

的．在图中标出第2

组数据后，可以看出，除第4

组数据所描点偏离直线较多外，其他5

组数据所描点都大致处于一条直线上，用直尺过尽可能多的点作一直线，不在直线上的点尽可能分居直线两侧，得到干电池的伏安特性曲线．根据闭合电路欧姆定律，E＝U＋Ir，变化为U＝E－Ir.由此可知，干电池的伏安特性曲线在纵轴的截距数值等于电源电动势，斜率的绝对值等于电源内阻，所以电池的电动势E＝1.50

V，内阻r＝0.83

Ω.(5)根据电源最大输出功率的条件，当外电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大．此时电压表示数等于电源电动势的一半，选项C

正确．答案：(1)甲

(2)B

C

(3)如图

7－4－19图7－4－190.83(0.81～0.85)(4)1.50(1.49～1.51)(5)C教师备选

1－1

某同学要测量一节旧电池的电动势和内阻，实验器材仅有一个电流表、一个电阻箱、一个开关和导线若干，该同学按如图7－4－20

所示电路进行实验，测得的数据如下表所示.实验次数12345R(Ω)4.010.016.022.028.0I(A)1.000.500.340.250.201

－1I(A

)1.02.02.94.05.0图7－4－20图7－4－21为了便于分析，一般采用线性图象处理数据，请写出与线性图象对应的物理量

R

­

1

的函数关系式

；I间利用测得的数据在坐标纸上画出适当的图象；由图象知，该电池的电动势

E＝

V，内阻

r＝

Ω；利用该实验电路测出的电动势E

测和内阻r

测与真实值E

真和r

真相比，理论上

E

测

E

真，r

测

r

真．(填“>”“<”或“＝”)解析：(1)根据闭合电路的欧姆定律得E＝I(r＋R)，变形可得RE＝

I

－r；根据题中

R

1

纸中描点连线作出

R

1

即和I的数据在坐标

­I图线可；图象的斜率表示电源电动势E，纵截距的绝对值表示电源内阻r；E(4)表达式

R＝I

－r

中的实际内阻为电流表内阻和电源内阻的和，故测得的电源内阻偏大，测得的电源电动势是真实值．E答案：(1)R＝I

－r(2)如图7－4－22

所示图7－4－222.0(1.8～2.2

均对)6.0(5.5～6.5

均对)＝

>题型二练习使用多用电表【例

2】

(2013·新课标全国卷Ⅰ)图7－4－23某学生实验小组利用图7－4－23

所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1k”挡内部电路的总电阻．使用的器材有：多用电表；电压表：量程5

V，内阻十几千欧；滑动变阻器：最大阻值5kΩ；导线若干．回答下列问题：将多用电表挡位调到电阻“×1 k”挡，再将红表笔和黑表笔

，调零点．将图

7－4－23

中多用电表的红表笔和

(填“1”或“2”端相连，黑表笔连接另一端．(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图7－4－24

所示，这时电压表的示数如图

7－4－25

所示．多用电表和电压表的读数分别为

kΩ和

V.图7－4－24图7－4－25(4)调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零．此时多用电表和电压表的读数分别为

12.0kΩ和

4.00

V．从测量数据可知，电压表的内阻为

kΩ.图7－4－26解析：(1)欧姆表调零前，需要将两表笔短接．应用多用电表的欧姆挡时，电流从黑表笔流出，所以黑表笔接电压表正极，即黑表笔接2，红表笔接1.欧姆表选用的档位是×1

k，欧姆表的读数为

15.0×1

kΩ＝15.0

kΩ；电压表量程5

V，最小分度0.1

V，读数时需要估读一位，为3.60

V.当滑动变阻器的阻值为0

时，欧姆表所测的电阻即为电压表的内阻，所以为12.0

kΩ.由(4)知，电压表内阻12.0

kΩ，在(3)中，欧姆表的读数为15.0kΩ，所以此时接入电路的滑动变阻器的阻值为

3 kΩ，设电动势为E，多用电表内阻为R，根据(3)和(4)中给的两组数据可知：E12

kΩ＋R12kΩ＝

4

V

，

E15

kΩ＋R12

kΩ＝

3.6

V

，两式联立得：E＝9.00

V，R＝15.0

kΩ.答案：(1)短接

(2)1

(3)15.0

3.60

(4)12.0(5)9.00

15.0(2)红表笔接b

点，断开开关时，表针不偏转，闭合开关后，多用电表指示仍然和图乙相同，可判断发生故障的器件是

．(选填：蓄电池、保险丝、开关、小灯)甲乙图7－4－27解析：(1)断开开关，电压表直接测量电源两端的电压，有示数且接近电源电动势，说明电源正常；(2)红表笔接b

点，闭合开关，电压表示数与(1)中相同，说明电路仍然处于断路状态，而开关是闭合的，因此可以确定是小灯发生断路故障．答案：(1)11.5(11.2～11.8

之间的值均可)

蓄电池

(2)小灯教师备选2－1(2013·新课标全国卷Ⅱ)某同学用量程为1mA、内阻为120

Ω

的表头按图7－4－28

甲所示电路改装成量程分别为1

V

和1

A

的多用电表．图中R1

和R2

为定值电阻，S

为开关．回答下列问题：根据图7－4－28

甲所示的电路，在图乙所示的实物图上连线．开关

S

闭合时，多用电表用于测量

(填“电流”“电压”或“电阻”)；开关

S

断开时，多用电表用于测量

(填

“电流”“电压”或“电阻”)．表笔

A

应为

色．(填“红”或“黑”)本实验考查的是电表的改装．改装成电压表时，要串联电阻，改装成电流表时，要并联电阻．根据题图甲所画电路，闭合开关时，电流表与电阻R1

并联，用于测电流，断开开关时，只串联一个电阻R2，用于测电压．根据表头可知电流应从表笔B

进，从表笔A

出，由“红进黑出”可知，表笔A

应为黑色．(4)断开开关S

时，多用电表为1

V

的电压表，故R2＝1

V－1×10－3A×120

Ω1×10－3

A＝880Ω闭合开关S时，多用电表为1

A

的电流表，1故R

＝1

V1

A－1×10－3

A≈1.00

Ω.答案：(1)见解析

(2)电流

电压

(3)黑(4)1.00

880思想方法盲点误区特色一角

提技能当开关S

接1

时，电压表V1(其内阻为R1)示数为U0，当开关S接2

时，电压表V1、V2的示数分别为U1、U2，0由闭合电路欧姆定律得E＝U

＋R1U0r1

2R1U1E＝U

＋U

＋

r，0U

－U1解得

E＝

U0U2

，r＝(U1＋U2－U0)R1U0－U1该测量方法与原测量方法相比优点：无系统误差．缺点：(1)需提前知道V1

的内阻；(2)无法多次测量．请根据电路图甲，在图乙中将器材连成实物图．实验需要测量的物理量是

.用测出的物理量，导出串联电池组电动势的表达式是

．先闭合S1、断开S2，记下V1、V2

的示数U1、U2，设V1、V21