（通用版）2021版高考物理大一輪復習 第8章 恒定電流 實驗10 測定電源的電動勢和內(nèi)阻教學案

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1、實驗十測定電源的電動勢和內(nèi)阻1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。2實驗原理(1)如圖甲所示，改變R的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組U、I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)用圖象法來處理數(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UI圖象，如圖乙所示，直線跟縱軸的交點的縱坐標表示電源電動勢E的值，圖線的斜率的絕對值即電源內(nèi)阻r的值。甲乙3實驗器材電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導線、坐標紙和刻度尺。4實驗步驟(1)電流表用0.6 A的量程，電壓表用3 V的量程，按實驗原理圖連接好電路

2、。(2)把滑動變阻器的滑片移到使接入電路的阻值最大的一端。(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)。用同樣的方法再測量幾組I、U值，填入表格中。(4)斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材。5數(shù)據(jù)處理(1)公式法：聯(lián)立六組對應的U、I數(shù)據(jù)，滿足關(guān)系式U1EI1r、U2EI2r、U3EI3r、，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，取其平均值作為電池的電動勢E和內(nèi)阻r。(2)圖象法：在坐標紙上以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立UI坐標系，在坐標平面內(nèi)描出各組(I，U)值所對應的點，然后盡量多地通過這些點作

3、一條直線，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是電池電動勢的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線的斜率絕對值即為電池的內(nèi)阻r，即r。6誤差分析(1)偶然誤差：電表讀數(shù)及用圖象法求E和r時作圖不準確。(2)系統(tǒng)誤差：如實驗原理圖甲中由于電壓表的分流，測量結(jié)果是：E測E真，r測r真。7注意事項(1)可選用舊電池：為了使電路的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過一段時間的一節(jié)干電池。(2)電流不要過大，讀數(shù)要快：干電池在大電流放電時，電動勢E會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大。因此，實驗中不要將電流I調(diào)得過大，讀電表要快，每次讀完立即斷電。(3)計算法求E、r：要測

4、出不少于6組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時，要將測出的I、U數(shù)據(jù)中，第1式和第4式為一組、第2式和第5式為一組、第3式和第6式為一組，分別解出E、r值再求平均值。(4)合理選擇標度：為使圖線分布空間大，如圖所示，縱坐標可以不從零開始，則圖線和橫軸的交點不再是短路電流，電源的內(nèi)阻不能用r確定，應根據(jù)r確定。 實驗電路設計與器材選取1實驗電路的選擇干電池的內(nèi)阻很小，電流表應相對電源外接。2實驗儀器的選擇(1)干電池的電動勢大約為1.5 V，電壓表應選擇量程為3 V的。(2)滑動變阻器的選擇要注意保證實驗的安全性及方便調(diào)節(jié)等問題。題組訓練1在測一節(jié)干電池(電動勢約為1.5 V，內(nèi)阻約為

5、2 )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 VB電壓表量程為3 VC滑動變阻器為020 ，3 AD滑動變阻器為0500 ，0.2 A電壓表應該選_(選填“A”或“B”)，這是因為_?；瑒幼冏杵鲬撨x_(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BA電壓表量程過大，讀數(shù)誤差較大CD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2要精確測量一個直流電源的電動勢和內(nèi)阻，有下列

6、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 )B電流表A(量程為0.6 A，內(nèi)阻為1 )C電壓表V1(量程為15 V，內(nèi)阻為3 k)D電壓表V2(量程為3 V，內(nèi)阻為2 k)E定值電阻R1500 F定值電阻R21 000 G滑動變阻器R(阻值范圍為020 )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_(均選填器材前面的序號)。(2)在方框中畫出實驗電路圖。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)誤差較大，選用量程為3 V的電壓表V2，需串聯(lián)電阻擴大電壓表V2的量程，串聯(lián)的定值電阻RRV1 000 。故電壓表應選D，定值電阻應選

7、F。(2)如圖所示。甲乙答案(1)DF(2)見解析圖 實驗數(shù)據(jù)處理與分析1計算方法解方程組求平均值2.圖象法：畫出電源的UI圖象，如圖所示，由UrIE(1)圖線與縱軸交點為E(2)圖線斜率的絕對值表示r題組訓練1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。甲乙丙(2)圖丙是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的UI圖象，由圖可知，電源的電動勢E_ V，內(nèi)阻r_ 。解析(1)實驗電路圖如圖所示。(2)由題圖丙可知，電源的UI圖象與縱軸交點的縱坐標值是1.5，則電源電動勢E1.5 V，電源內(nèi)阻r 1 。答案(1)見解析圖(2)1.512小明利用如圖所示

8、的實驗裝置測量一干電池的電動勢和內(nèi)阻。(1)圖中電流表的示數(shù)為_A。(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器，電壓表和電流表的示數(shù)記錄如下：U/V1.451.361.271.161.06I/A0.120.200.280.360.44請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標紙上作出UI圖線。由圖線求得：電動勢E_ V，內(nèi)阻r_ 。(3)實驗時，小明進行了多次測量，花費了較長時間，測量期間一直保持電路閉合。其實，從實驗誤差考慮，這樣的操作不妥，因為_。解析(1)電流表選用量程為00.6 A，分度值為0.02 A，則其讀數(shù)為0.44 A。(2)坐標系選擇合適的標度，根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點作出的UI圖線如圖所示。圖線與縱軸交點為“1.61 V

9、”，故E1.61 V，由圖線的斜率1.24知，電池內(nèi)阻為1.24 。注意此處不要用圖象與縱軸交點值除以與橫軸交點值。(3)長時間保持電路閉合，電池會發(fā)熱，電池內(nèi)阻會發(fā)生變化，干電池長時間放電，也會引起電動勢變化，導致實驗誤差增大。答案(1)0.44(2)UI圖線見解析1.61(1.591.63均可)1.24(1.221.26均可)(3)干電池長時間使用后，電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生變化，導致實驗誤差增大 實驗拓展與創(chuàng)新測電源電動勢和內(nèi)阻的實驗是高中物理電學中的重要實驗，實驗原理是閉合電路歐姆定律，但實驗方案靈活多變，數(shù)據(jù)處理方法不斷翻新，特別是利用圖象法求解電源電動勢和內(nèi)阻，更是花樣百出，如常見以下兩

10、種創(chuàng)新點：安阻法1用一個電流表和電阻箱測量，電路如圖所示，測量原理為：EI1(R1r)，EI2(R2r)，由此可求出E和r，此種方法使測得的電動勢無偏差，內(nèi)阻偏大。2若已知電流表A的阻值可消除測內(nèi)阻的系統(tǒng)誤差。伏阻法1用一個電壓表和電阻箱測量，電路如圖所示，測量原理為：EU1r，EU2r，由此可求出E和r，此種方法測得的電動勢和內(nèi)阻均偏小。2根據(jù)閉合電路歐姆定律公式變形結(jié)合圖象可得，利用斜率、截距分析計算。題組訓練1如圖所示為某興趣小組測量電池組的電動勢和內(nèi)阻的實驗原理圖，已知電池組的電動勢約為3 V，內(nèi)阻約為2 ?，F(xiàn)提供的器材如下：A電池組B電壓表V1(量程010 V，內(nèi)阻約為10 000

11、)C電壓表V2(量程03 V，內(nèi)阻約為3 000 )D電阻箱R(099.9 )E定值電阻R120 F定值電阻R21 000 G開關(guān)和導線若干(1)如果要準確測量電源的電動勢和內(nèi)阻，電壓表V應選擇_(選填“B”或“C”)；定值電阻R0應選擇_(選填“E”或“F”)。(2)改變電阻箱的阻值R，記錄對應電壓表的讀數(shù)U，作出的 圖象如圖所示，圖線與橫、縱坐標軸的截距分別為b、a，定值電阻的阻值用R0表示，則可得該電池組的電動勢為_，內(nèi)阻為_(用字母表示)。(3)該實驗測得的電動勢與真實值相比_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)，內(nèi)阻的測量值與真實值相比_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。解析(1)電

12、壓表V1的量程太大，使得電壓表指針的偏角太小，測量誤差太大，R21 000 的定值電阻太大，使得電壓表指針的偏角太小，且在改變電阻箱阻值時，電壓表的示數(shù)變化不明顯，故電壓表選擇C，定值電阻選擇E。(2)由閉合電路歐姆定律得UE(rR0)，化簡得，則有k，a，解得E，rR0。(3)考慮到電壓表的分流作用，則有EU(rR0)，變形得，縱軸截距變大，為，計算時依然用求解E和r，則求得的值均偏小。答案(1)CE(2)R0(3)偏小偏小2(2019遼寧鐵嶺聯(lián)考)隨著全世界開始倡導低碳經(jīng)濟的發(fā)展，電動自行車產(chǎn)品已越來越受到大家的青睞，某同學為了測定某電動車的電池的電動勢和內(nèi)電阻，設計了如圖甲所示電路，提供

13、的實驗器材有：甲乙A電動車的電池一組，電動勢約為12 V，內(nèi)阻未知B直流電流表，量程300 mA，內(nèi)阻很小C電阻箱R，阻值范圍為0999.9 D定值電阻R0，阻值為10 E導線和開關(guān)(1)當他閉合開關(guān)時發(fā)現(xiàn)，無論怎樣調(diào)節(jié)電阻箱，電流表都沒有示數(shù)，反復檢查后發(fā)現(xiàn)電路連接完好，估計是某一元件損壞，因此他拿來多用電表檢查故障，他的操作如下：斷開電源開關(guān)S；將多用電表選擇開關(guān)置于1 擋，調(diào)零后，紅黑表筆分別接R0兩端，讀數(shù)為10 ；將多用電表選擇開關(guān)置于10 擋，調(diào)零后，將紅黑表筆分別接電阻箱兩端，發(fā)現(xiàn)指針讀數(shù)如圖乙所示，則所測阻值為_，然后又用多用電表分別對電源和開關(guān)進行檢測，發(fā)現(xiàn)電源和開關(guān)均完好。

14、由以上操作可知，發(fā)生故障的元件是_。(2)在更換規(guī)格相同的元件后重新連接好電路。(3)改變電阻箱的阻值R，分別測出通過阻值為R010 的定值電阻的電流I，下列三組關(guān)于R的取值方案中，比較合理的方案是_(選填方案編號“1”“2”或“3”)。方案編號電阻箱的阻值R/1300.0250.0200.0150.0100.02100.085.070.055.040.0340.030.025.020.015.0(4)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點，繪出的 R圖象是一條直線。若直線的斜率為k，在坐標軸上的截距為b，則該電源的電動勢E_，內(nèi)阻r_。(用k，b和R0表示)解析(1)歐姆表表盤讀數(shù)為“7 ”，倍率為“10”，故所測阻值為70 ；故障檢測時，除電流表外其余部分均沒有問題，故問題只能出在電流表處；(3)為減小電流表的讀數(shù)誤差，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度應該盡量大于三分之一，即電流范圍為100 mAI300 mA，根據(jù)歐姆定律，總電阻范圍為120 R40 ，扣除定值電阻10 ，即電流表內(nèi)阻和電源內(nèi)阻加上電阻箱電阻應該大于等于30 而小于等于110 ，由于電流表內(nèi)阻不計，故應該選方案2；(4)根據(jù)閉合電路歐姆定律，有EI(rR0R)，則R，為對比一次函數(shù)ykxb，R相當于x，相當于k，相當于y，k(rR0)相當于b；解得E，rR0。答案(1)70電流表(3)2(4)R09