（通用版）2022年高考物理一輪復習 第八章 第52課時 測定電源的電動勢和內(nèi)阻（實驗增分課）講義（含解析）

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1、（通用版）2022年高考物理一輪復習 第八章 第52課時 測定電源的電動勢和內(nèi)阻（實驗增分課）講義（含解析） 一、實驗目的 1．測定電源的電動勢和內(nèi)阻。 2．加深對閉合電路歐姆定律的理解。 二、實驗原理 1．如圖甲或乙所示，改變R的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組I、U值，利用閉合電路的歐姆定律求出幾組E、r值，最后分別算出它們的平均值。 2.用圖像法處理數(shù)據(jù)，在坐標紙上以I為橫坐標、U為縱坐標，用測出的幾組I、U值畫出U-I圖像，如圖丙所示，直線跟縱軸交點的縱坐標表示電源電動勢E的值，圖線斜率的絕對值即內(nèi)阻r的值。 三、實驗器材 電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導

2、線、坐標紙和刻度尺。 謹記部分器材用途 電壓表、電流表 測定路端電壓和電路中電流 滑動變阻器 改變電路中的電流和路端電壓 刻度尺 畫出UI圖線 　　四、實驗步驟 1．電流表用0.6 A量程，電壓表用3 V量程，按實驗原理圖甲或乙連接好電路。 2．把滑動變阻器的滑片移動到接入電路阻值最大的一端。 3．閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1)，用同樣方法測量出6組I、U的值。填入表格中。 第1組 第2組 第3組 第4組 第5組 第6組 U/V I/A 4.斷開開關(guān)，拆除電路

3、，整理好器材。 五、數(shù)據(jù)處理 1．公式法 將6組對應的U、I數(shù)據(jù)代入關(guān)系式：U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r、…，讓第1式和第4式聯(lián)立方程，第2式和第5式聯(lián)立方程，第3式和第6式聯(lián)立方程，這樣解得三組E、r，取其平均值作為電源的電動勢E和內(nèi)阻r。 2．圖像法 在坐標紙上以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立UI坐標系，在坐標系內(nèi)描出各組(I，U)值所對應的點，然后作一條使落在線上的點盡量多的直線，不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側(cè)，則直線與縱軸交點的縱坐標值即為電源電動勢的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線的斜率絕對值即為電源的內(nèi)阻r，即r＝。 六、誤差分析

4、 1．偶然誤差 (1)由于讀數(shù)不準和電表線性不良引起誤差。 (2)用圖像法求E和r時，由于作圖不準確造成誤差。 (3)實驗時通電時間過長或電流過大，都會引起E、r變化。 2．系統(tǒng)誤差 (1)若采用圖甲電路，由于電壓表的分流作用造成誤差，電壓值越大，電壓表的分流越多，對應的I真與I測的差值越大。其U-I圖像如圖丁所示。 結(jié)論：E測r真。 七、注意事項 1．為了使電池的路端電壓變化明顯，

5、應選內(nèi)阻大些的電池(選用已使用過一段時間的干電池)。 2．在實驗中不要將I調(diào)得過大，每次讀完U和I的數(shù)據(jù)后應立即斷開電源，以免干電池在大電流放電時極化現(xiàn)象嚴重，使得E和r明顯變化。 3．要測出不少于6組的(I，U)數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些。 4．畫U-I圖線時，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當值開始(橫坐標I必須從零開始)。但這時圖線與橫軸交點的橫坐標值不再是短路電流，而圖線與縱軸交點的縱坐標值仍為電源電動勢，圖線斜率的絕對值仍為內(nèi)阻。 考法一　實驗原理和操作 1．某興趣小組探究用不同方法測定干電池的電動勢和內(nèi)阻，他們提出的實驗方案中有如下四種器材組合。為使實

6、驗結(jié)果盡可能準確，最不可取的一組器材是(　　) A．一個電流表、一個電壓表和一個滑動變阻器 B．一個電壓表和多個定值電阻 C．一個電流表和一個電阻箱 D．兩個電流表和一個滑動變阻器 解析：選D　由E＝U＋Ir、E＝IR＋Ir、E＝U＋r知，要測量E和r，需要測出多組U、I或I、R或U、R值，選項A、B、C均可滿足測量需要，選項D中R無法測出，最不可取。 2．在測一節(jié)干電池(電動勢約為1.5 V，內(nèi)阻約為2 Ω)的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，電壓表和滑動變阻器各有兩個供選擇： A．電壓表量程為15 V B．電壓表量程為3 V C．滑動變阻器為0～20 Ω，3 A D．滑動變阻器為0

7、～500 Ω，0.2 A 電壓表應該選________(填“A”或“B”)，這是因為________________________。 滑動變阻器應該選________(填“C”或“D”)，這是因為___________________________ ________________________________。 解析：待測干電池電動勢約為1.5 V，而A電壓表量程為15 V，若用A則很難精確讀數(shù)，誤差太大，故電壓表應該選B；D滑動變阻器阻值范圍太大而且額定電流過小，調(diào)節(jié)不方便，故滑動變阻器應該選C。 答案：B　A電壓表量程過大，讀數(shù)誤差較大　C　D滑動變阻器阻值范圍太大而且額

8、定電流過小，調(diào)節(jié)不方便 電學實驗器材的選取必須考慮安全性、準確性，以及易操作性。具體以電表來說就是，量程足夠或為了減小誤差允許量程稍微偏小一些，而相同量程的電壓表內(nèi)阻越大或電流表內(nèi)阻越小時越接近理想電表?！　? 考法二　數(shù)據(jù)處理和誤差分析 3．在“測定電源的電動勢和內(nèi)阻”的實驗中： (1)按圖甲所示的實驗電路，用筆畫線代替導線把圖乙中的實物電路連接完整。 (2)圖丙是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的UI圖像，由圖可知，電源的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。 解析：(1)實物電路圖如圖所示。 (2)由題圖丙可知，電源的UI圖像與縱軸交點的縱坐標值是1.5，則

9、電源電動勢E＝1.5 V，電源內(nèi)阻r＝＝Ω＝1 Ω。 答案：(1)見解析圖　(2)1.5　1 4．要精確測量一個直流電源的電動勢和內(nèi)阻，有下列實驗器材可供選擇： A．待測電源(電動勢約為4.5 V，內(nèi)阻約為2 Ω) B．電流表A1(量程為0.6 A，內(nèi)阻為1 Ω) C．電壓表V1(量程為15 V，內(nèi)阻為3 kΩ) D．電壓表V2(量程為3 V，內(nèi)阻為2 kΩ) E．定值電阻R1＝500 Ω F．定值電阻R2＝1 000 Ω G．滑動變阻器R(阻值范圍為0～20 Ω) H．開關(guān)及導線若干 (1)該實驗中電壓表應選________，定值電阻應選________(均選填器材前面

10、的序號)。 (2)在方框中畫出實驗電路圖。 (3)若將滑動變阻器滑到某一位置，讀出此時電壓表讀數(shù)為U，電流表讀數(shù)為I，從理論上分析，電源電動勢E和內(nèi)阻r間的關(guān)系式應為E＝________________。 解析：(1)待測電源的電動勢約為4.5 V，用量程為15 V的電壓表V1讀數(shù)誤差大，選用量程為3 V的電壓表V2，需串聯(lián)電阻擴大量程，串聯(lián)的定值電阻R＝RV＝1 000 Ω。故電壓表應選D，定值電阻應選F。 (2)如圖所示。 (3)由(1)中電壓表量程擴大方法知，電壓表讀數(shù)為U時，路端電壓為U，由閉合電路的歐姆定律，對甲圖，有E＝U＋(1＋r)I，對乙圖，有E＝U＋r。

11、 答案：(1)D　F　(2)見解析圖 (3)U＋(1＋r)I或U＋r 5．某同學利用理想電壓表和電阻箱測定干電池的電動勢和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻(R0＝5 Ω)一個，開關(guān)兩個，導線若干，實驗原理圖如圖甲。 (1)在圖乙的實物圖中，已正確連接了部分電路，請完成余下電路的連接。 (2)請完成下列主要實驗步驟： ①檢查并調(diào)節(jié)電壓表指針指零；調(diào)節(jié)電阻箱，示數(shù)如圖丙所示，讀得電阻值是________； ②將開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2斷開，電壓表的示數(shù)是1.49 V； ③將開關(guān)S2________，電壓表的示數(shù)是1.16 V；斷開開關(guān)S1。 (3)使用測得的數(shù)據(jù)，計算出干電池的內(nèi)阻

12、是________(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。 解析：(1)如圖所示。 (2)①由題圖丙讀得電阻箱阻值為R＝20 Ω；②將S1閉合、S2斷開，電壓表示數(shù)為電源電動勢E＝1.49 V；③將S2閉合，電壓表示數(shù)1.16 V為R兩端電壓。 (3)因電壓表為理想電表，則干路電流I＝＝ A＝0.058 A。因為I＝，所以r＝－R0－R＝Ω≈0.69 Ω。 答案：(1)見解析圖　(2)①20 Ω　③閉合　(3)0.69 Ω [例1]　(2018·江蘇高考)一同學測量某干電池的電動勢和內(nèi)阻。 (1)圖1所示是該同學正準備接入最后一根導線(圖中虛線所示)時的實驗電路。請指出圖中在器材操作

13、上存在的兩個不妥之處。 (2)實驗測得的電阻箱阻值R和電流表示數(shù)I，以及計算的數(shù)據(jù)見下表： R/Ω 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 I/A 0.15 0.17 0.19 0.22 0.26 /A－1 6.7 5.9 5.3 4.5 3.8 根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖2方格紙上作出R-關(guān)系圖像。 由圖像可計算出該干電池的電動勢為________V；內(nèi)阻為________Ω。 (3)為了得到更準確的測量結(jié)果，在測出上述數(shù)據(jù)后，該同學將一只量程為100 mV的電壓表并聯(lián)在電流表的兩端。調(diào)節(jié)電阻箱，當電流表的示數(shù)為0.33 A時，電壓表的指針位置如圖

14、3所示，則該干電池的電動勢應為________V；內(nèi)阻應為________Ω。 [三步化“新”為“熟”] 1．本題實驗目的是測定電池的電動勢和內(nèi)阻。 2．根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝IR＋Ir，推導出R＝E·－r，畫出R圖像，則圖線的斜率為電動勢E，縱軸截距的絕對值為內(nèi)阻r。 3．通過電阻箱改變R，測出每一個電阻值對應的電流I，并取倒數(shù)，在坐標紙上建立R坐標，描點并畫出圖像。 [解析]　(1)在電學實驗中，連接電路時應將開關(guān)斷開，電阻箱的阻值調(diào)為最大，以確保實驗儀器、儀表的安全。 (2)根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝I(R＋r)，整理可得R＝－r＝E·－r，即R-圖像為直線，描點連線后

15、圖像如圖所示。 根據(jù)圖像可知r＝1.2 Ω，圖像的斜率為電動勢E，在R-圖像上取兩點(2,1.58)、(5,5.71)，則E＝ V≈1.38 V。 (3)題圖3的讀數(shù)為66×10－3 V，根據(jù)歐姆定律，得電流表的內(nèi)阻rA＝＝ Ω＝0.2 Ω，由E＝I(R＋r′＋rA)得R＝E·－(r′＋rA)，R-圖像的斜率仍為電動勢E，即E＝1.38 V，而干電池的內(nèi)阻應為r′＝r－rA＝1.0 Ω。 [答案]　(1)開關(guān)未斷開；電阻箱阻值為零。 (2)見解析圖　1.38　1.2　(3)1.38　1.0 [例2]　某同學在做“測電源的電動勢和內(nèi)阻”的實驗中，給電源串聯(lián)了一只R0＝1.5 Ω的保

16、護電阻，實驗電路如圖(a)所示。 (1)用完好的導線連好電路后，該同學閉合開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為零，電壓表示數(shù)不為零，檢查發(fā)現(xiàn)各接線柱均未接錯，且接觸良好。他用多用電表的電壓擋檢查電路。 ①在使用多用電表前，發(fā)現(xiàn)指針不在左邊“0”刻度處，應先調(diào)整圖(b)中多用電表的________(選填“A”“B”或“C”)。 ②將兩表筆分別接b、c，d、e時，示數(shù)均為零，兩表筆接c、d時，示數(shù)與電壓表示數(shù)相同，由此可推斷故障原因是__________________。 (2)排除故障后，該同學順利完成實驗，測得下列數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標系中描出了對應的點，如圖(c)所示，請畫出UI圖像。

17、 I/A 0.10 0.17 0.25 0.30 0.40 U/V 1.20 1.00 0.80 0.60 0.55 (3)由UI圖像求出實驗中電源的電動勢E＝_______V，內(nèi)阻r＝________Ω。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) (4)本次實驗產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是__________________________________________。 [三步化“新”為“熟”] 1．本題的實驗目的是測定電源的電動勢和內(nèi)阻，但首先要用多用電表檢查電路故障。 2．根據(jù)E＝U＋Ir，U＝E－Ir可知，UI圖像的縱軸截距為電源電動勢，斜率的絕對值為內(nèi)阻。 3

18、．通過實驗電路的原理可分析出實驗誤差的來源。 [解析]　(1)①開始時指針不在左邊“0”刻度時應進行機械調(diào)零，故應調(diào)節(jié)A(指針定位螺絲)進行調(diào)節(jié)。②電流表示數(shù)為零，電壓表示數(shù)不為零，則電流表或滑動變阻器斷路，用多用電表的電壓擋檢查電路，把兩表筆分別接b、c，d、e時，示數(shù)均為零，兩表筆接c、d時，示數(shù)與電壓表示數(shù)相同，說明c、d之間斷路，即滑動變阻器斷路。 (2)由描點作圖法得出UI圖像如圖所示。 (3)UI圖線是一條傾斜的直線，縱軸截距為1.50，所以電源電動勢E＝1.50 V，圖線的斜率絕對值k＝＝Ω≈2.89 Ω，所以內(nèi)阻r＝(2.89－1.5)Ω＝1.39 Ω。 (4)

19、由題圖(a)可知，將保護電阻作為內(nèi)阻處理后，電壓表并聯(lián)在電源兩端，故電壓表示數(shù)準確，但由于電壓表內(nèi)阻的影響而導致電流表示數(shù)偏小，故誤差原因是電壓表分流。 [答案] 　(1)①A?、诨瑒幼冏杵鲾嗦贰?2)見解析圖　(3)1.50(1.40～1.60均可)　1.39(1.17～1.61均可)　(4)電壓表分流 [創(chuàng)新角度歸納] 創(chuàng)新角度 創(chuàng)新解讀 實驗原理 的拓展 換用不同的器材，可以用“安阻法”和“伏阻法”進行實驗 安阻法　　　　　　　伏阻法 　　　　　 實驗器材 的替代 (1)可用電阻箱替代滑動變阻器 (2)可用電壓表和定值電阻替代電流表，也可用電流表和定值電阻替代電壓表 數(shù)據(jù)處理 的創(chuàng)新 實驗中除了作U-I圖像，還可作R-圖像， -圖像等，只要能列出函數(shù)關(guān)系，找出斜率、截距即可