高三物理复习实验十测定电源的电动势和内阻省公开课一等奖新名师获奖

试验十测定电源电动势和内阻1/79【试验目标】1.掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻方法;深入了解闭合电路欧姆定律。2.掌握用图象处理试验数据方法。2/79【试验原理】1.试验依据:闭合电路欧姆定律。2.试验电路:如图所表示3/793.E和r求解:(1)由U=E-Ir,得:,解得:

4/79(2)作图法处理数据:由U=E-Ir,得:图象与纵轴交点纵坐标值为E,图线斜率绝对值为r。5/79【试验器材】电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等。6/79【试验过程】1.连接电路:电流表用0.6A量程,电压表用3V量程,按试验电路图连接好电路。7/792.测量与统计:(1)把变阻器滑片移动到使阻值最大一端。(2)闭合开关,调整变阻器,使电流表有显著示数并统计一组数据(I1,U1)。(3)用一样方法测量出多组I、U值,填入表格中。(4)断开开关,拆除电路,整理好器材。8/79【数据处理】设计表格,将测得六组U、I值填入表格中。第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A9/79方法一:计算法。(1)联立六组对应U、I数据,数据满足关系式U1=E-I1r、U2=E-I2r、U3=E-I3r…(2)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,这么解得三组E、r,取其平均值作为电池电动势E和内阻r大小。10/79方法二:图象法。(1)在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U-I坐标系。(2)在坐标平面内描出各组(I,U)值所对应点,然后尽可能多地经过这些点作一条直线,不在直线上点大致均匀分布在直线两侧。11/79(3)直线与纵轴交点纵坐标值即为电池电动势大小(一次函数纵轴截距),直线斜率绝对值即为电池内阻r大小,即r=。

12/79【误差分析】1.偶然误差:(1)读数不准引发误差。(2)用图象法求E和r时,因为作图不准确造成误差。13/792.系统误差:(1)若采取甲图电路,因为电压表分流作用造成误差,电压值越大,电压表分流越多,对应I真与I测差越大。其U-I图象如乙图所表示。14/79结论:①E测<E真。②r测<r真。15/79(2)若采取丙图电路,因为电流表分压作用造成误差,电流越大,电流表分压越多,对应U真与U测差越大。其U-I图象如丁图所表示。16/79结论:①E测=E真。②r测=r真。17/79【注意事项】1.为了使电池路端电压改变显著,应选内阻大些电池(选取已使用过一段时间干电池)。2.在试验中不要将I调得过大,每次读完U和I数据后应马上断开电源,以免干电池在大电流放电时,E和r显著改变。3.要测出不少于6组(I、U)数据,且改变范围要大些。18/794.画U-I图线时,纵轴刻度能够不从零开始,而是依据测得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不再是短路电流,而图线与纵轴交点仍为电源电动势,图线斜率绝对值仍为内阻。19/79热点一试验原理了解【典例1】(·四川高考)用如图所示电路测量电源电动势和内阻。实验器材:待测电源(电动势约3V,内阻约2Ω),保护电阻R1(阻值10Ω)和R2(阻值5Ω),滑动变阻器R,电流表A,电压表V,开关S,导线若干。20/79试验主要步骤:(1)将滑动变阻器接入电路阻值调到最大,闭合开关。(2)逐步减小滑动变阻器接入电路阻值,记下电压表示数U和对应电流表示数I。21/79(3)以U为纵坐标,I为横坐标,作U-I图线(U、I都用国际单位)。(4)求出U-I图线斜率绝对值k和在横轴上截距a。回答以下问题:世纪金榜导学号4272218922/79(1)电压表最好选取________;电流表最好选取________。A.电压表(0～3V,内阻约15kΩ)B.电压表(0～3V,内阻约3kΩ)C.电流表(0～200mA,内阻约2Ω)D.电流表(0～30mA,内阻约2Ω)23/79(2)滑动变阻器滑片从左向右滑动,发觉电压表示数增大。两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________。A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端接线柱B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端接线柱24/79C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱,另一条导线接在电阻丝左端接线柱D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱,另一条导线接在电阻丝右端接线柱25/79(3)选取k、a、R1和R2表示待测电源电动势E和内阻r表示式E=________,r=________,代入数值可得E和r测量值。26/79【解析】(1)本试验误差在于电压表分流,内阻越大越好,故选A;电路中能到达最大电流I=≈180mA,电流表最好选C。27/79(2)滑动变阻器滑片从左向右滑动,发觉电压表示数增大,说明外电路电阻变大,滑动变阻器电阻变大,则两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是一条导线接在滑动变阻器金属杆左端或右端接线柱,另一条导线接在电阻丝左端接线柱,选C。28/79(3)在U-I图象中纵截距等于电源电动势,则E=ka;斜率等于内阻与R2和,故r=k-R2。答案:(1)A

C

(2)C

(3)ka

k-R229/79【强化训练】(·天津高考)用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成电池组(电动势约4.5V,内电阻约1Ω)电动势和内电阻,除待测电池组、电键、导线外,还有以下器材供选取:A.电流表:量程0.6A,内电阻约1ΩB.电流表:量程3A,内电阻约0.2Ω30/79C.电压表:量程3V,内电阻约30kΩD.电压表:量程6V,内电阻约60kΩE.滑动变阻器:0～1000Ω,额定电流0.5AF.滑动变阻器:0～20Ω,额定电流2A31/79(1)为了使测量结果尽可能准确,电流表应选取_______,电压表应选取_____,滑动变阻器应选取______(均填仪器字母代号)。32/79(2)如图为正确选择仪器后,连好部分电路。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(均填仪器上接线柱字母代号)。33/79(3)试验时发觉电流表坏了,于是不再使用电流表,剩下仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连接电路,仍能完成试验,试验中读出几组电阻箱阻值R和对应电压表示数U。用图象法处理采集到数据,为在直角坐标系中得到函数图象是一条直线,则能够__________为纵坐标,以__________为横坐标。34/79【解析】(1)为了使测量结果准确,电流表应选取小量程,故电流表应选取A;电池组电动势约为4.5V,故电压表应选量程6V,即选D;滑动变阻器E最大阻值太大,故应选F。(2)电压表负接线柱已画好,正接线柱应接电源正极,故用导线将a和d相连、c和g相连、f和h相连。35/79(3)依据闭合电路欧姆定律有I=,依据部分电路欧姆定律有U=IR,解得U=,经整理可得能够为纵坐标,以为横坐标,则在直角坐标系中得到函数图象是一条直线。答案:(1)ADF(2)adcgfh(3)(或U或R)36/79【反思归纳】测量电源电动势和内阻其它方法(1)安阻法:用一个电流表和电阻箱测量,测量原理:E=I1(R1+r),E=I2(R2+r)。(2)伏阻法:用一个电压表和电阻箱测量,E=U1+r、E=U2+r。37/79(3)粗测法:即用一个电压表粗测电动势。(4)其它方法:从标准上说只要能建立可测量与待求量E、r之间关系式,并使关系式有效个数等于未知量个数,就能够依据可测量计算电源电动势和内阻。38/79热点二试验数据处理【典例2】(·江苏高考)小明利用如图所表示试验装置测量一干电池电动势和内阻。世纪金榜导学号4272219039/79(1)图中电流表示数为__________A。(2)调整滑动变阻器,电压表和电流表示数统计以下:U/V1.451.361.271.161.06I/A0.120.200.280.360.4440/79请依据表中数据,在方格纸上作出U-I图线。由图线求得:电动势E=________V;内阻r=_____Ω。41/79(3)试验时,小明进行了屡次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合。其实,从试验误差考虑,这么操作不妥,因为______________。42/79【解题指导】1.命题立意:考查测量电源电动势和内阻试验数据处理方法及误差分析。43/792.解题关键:(1)电流表读数时,应首先明确电流表使用量程,并深入明确表盘最小分度。(2)电源U-I图象中,纵截距为电动势,斜率绝对值为内阻。44/79【解析】(1)电流表使用量程为0～0.6A,所以电流表读数为0.44A。(2)描点连线得到U-I图象,如图所表示45/79依据E=U+Ir,图象中纵截距为电动势,所以E=1.60V(1.58～1.62都算对),斜率为内阻,所以r=1.2Ω(1.18～1.26都算对)。(3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生改变,造成试验误差增大。46/79答案:(1)0.44(2)U-I图象看法析1.60(1.58～1.62都算对)1.2(1.18～1.26都算对)(3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生改变,造成试验误差增大47/79【强化训练】1.利用如图甲所表示电路,能够测量电源电动势和内阻,所用试验器材有:待测电源,电阻箱R(最大阻值999.9Ω),电阻R0(阻值为3.0Ω),电阻R1(阻值为3.0Ω),电流表(量程为200mA,内阻为RA=6.0Ω),开关S。试验步骤以下:48/79①将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;②屡次调整电阻箱,记下电流表示数I和电阻箱对应阻值R;③以为纵坐标,R为横坐标,作-R图线(用直线拟合);④求出直线斜率k和在纵轴上截距b。49/79回答以下问题:(1)分别用E和r表示电源电动势和内阻,则与R关系式为______________________。(2)试验得到部分数据以下表所表示,其中电阻R=3.0Ω时电流表示数如图乙所表示,读出数据,完成下表。答:①____________,②______________。50/79R/Ω1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.125①0.1000.0910.0840.077I-1/A-16.998.00②10.011.011.913.051/79(3)在图丙坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,依据图线求得斜率k=______A-1Ω-1,截距b=______A-1。(4)依据图线求得电源电动势E=__________V,内阻r=___________Ω。52/79【解析】本题考查了测量电源电动势和内电阻。(1)电流表电阻是R12倍,所以干路电流为3I,依据闭合电路欧姆定律E=3I(r+R0+R)+IRA,代入数据,化简得(2)电流表每小格表示2mA,所以电流表读数是0.110A,倒数是9.09A-1。53/79(3)依据坐标纸上给出点,画出一条直线,得出斜率k=1.0A-1Ω-1,截距b=6.0A-1。54/79(4)斜率k=,所以E==3.0V,截距b=,r=-5Ω=1.0Ω。答案:(1)(2)0.1109.09(3)1.0(或在0.96～1.04之间)6.0(或在5.9～6.1之间)(4)3.0(或在2.7～3.3之间)1.0(或在0.6～1.4之间)55/792.(·安徽高考)某同学为了测量一节电池电动势和内阻,从试验室找到以下器材:一个满偏电流为100μA,内阻为2500Ω表头,一个开关,两个电阻箱(0～999.9Ω)和若干导线。(1)因为表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50mA电流表,则应将表头与电阻箱_________(选填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为______Ω。56/79(2)接着该同学用改装电流表对电池电动势及内阻进行测量,试验电路如图甲所表示,经过改变电阻R测对应电流I,且作相关计算后一并统计以下表。57/79123456R/Ω95.075.055.045.035.025.0I/mA15.018.724.829.536.048.0IR/V1.421.401.361.331.261.2058/79①依据表中数据,图乙中已描绘出四个点,请将第5、6两组数据也描绘在图乙中,并画IR-I图线。②依据图线可得电池电动势E是________V,内阻r是________Ω。59/79【解析】(1)电流表扩大量程原理是并联分流,所以表头应与电阻箱并联,则IgRg=(I-Ig)R,所以R=×2500Ω=5.0Ω。(2)描点连线如图所表示,由E=IR+Ir可知本试验原理公式为IR=-Ir+E,所以直线与纵轴截距为电动势,大小为1.53V,斜率大小为电源内阻,大小为6.7Ω。60/79答案:(1)并联5.0(2)①看法析图②1.536.761/79【反思归纳】图象法分析电源电动势和内阻(1)首先明确纵、横坐标,并推导出纵横坐标所对应物理量之间关系式,若为一次函数关系,则整理为斜截式形式。(2)若为一次函数关系,明确图线截距、斜率含义,并利用截距、斜率确定对应物理量大小。(3)若为其它函数关系,利用图线上特殊点坐标值分析。62/79热点三试验拓展与创新【典例3】如图甲是某研究小组设计一个试验电路,R为阻值可调整电阻箱,R0为定值电阻,K为单刀双掷开关,电流表量程适当、内阻忽略不计,用该试验电路测量直流电源电动势E和内阻r。世纪金榜导学号4272219163/79(1)读出图乙中电阻箱阻值R=________Ω。(2)依据图甲试验电路,用笔画线代替导线将图乙仪器连接好。64/79(3)将单刀双掷开关K分别拨到左侧a、竖起空置两种状态下并保持电阻箱阻值(已知)不变,闭合开关K1时电流表读数分别为Ia、I0,则直流电源电动势E=______________(用符号表示)。65/79【解析】(1)图乙中电阻箱阻值R=1×100Ω+1×10Ω=110Ω。(2)依据电路图连接实物图:66/79(3)将单刀双掷开关打到a,闭合开关K1时电流表读数为Ia,依据闭合电路欧姆定律得:Ia(+r)=E,将单刀双掷开关K打到空置位置,闭合开关K1时电流表读数为I0,依据闭合电路欧姆定律得I0R+I0r=E。联立解得E=答案:(1)110(2)看法析(3)

67/79【强化训练】1.硅光电池是一个可将光能转化为电能元件。某同学利用图甲所表示电路探究某硅光电池路端电压U与电流I关系。图中定值电阻R0=2Ω,电压表、电流表均可视为理想电表。68/79(1)用笔画线代替导线,依据电路图,将图乙中实物电路补充完整。(2)试验一:用一定强度光照射硅光电池,闭合开关S,调整可调电阻R阻值,经过测量得到该电池U-I曲线a(见图丙)。则由图象可知,当电流小于200mA时,该硅光电池电动势为________V,内阻为________Ω。69/79(3)试验二:减小光照强度,重复试验,经过测量得到该电池U-I曲线b(见图丙)。当可调电阻R阻值调到某值时,若该电路路端电压为1.5V,由曲线b可知,此时可调电阻R电功率约为__________W(结果保留两位有效数字)。70/7971/79【解析】(1)分析图甲所表示试验原理图,依据原理图连接实物电路图,如图所表示。72/79(2)在硅光电池U-I图象中,当I=0时,U=E,图线斜率绝对值表示内阻。由图线a可知E=2.9V,在电流小于200mA情况下,此电池内阻