（江蘇專版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第七章 實驗八 測量電源的電動勢和內(nèi)阻講義（含解析）.doc

測量電源的電動勢和內(nèi)阻一、實驗?zāi)康?測量電源的電動勢和內(nèi)阻。2加深對閉合電路歐姆定律的理解。二、實驗器材電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標紙和刻度尺。突破點(一)實驗原理與操作例1用電流表和電壓表測定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組(電動勢約4.5 V，內(nèi)電阻約1 )的電動勢和內(nèi)電阻，除待測電池組、電鍵、導(dǎo)線外，還有下列器材供選用：A電流表：量程0.6 A，內(nèi)電阻約1 B電流表：量程3 A，內(nèi)電阻約0.2 C電壓表：量程3 V，內(nèi)電阻約30 kD電壓表：量程6 V，內(nèi)電阻約60 kE滑動變阻器：01 000 ，額定電流0.5 AF滑動變阻器：020 ，額定電流2 A(1)為了使測量結(jié)果盡量準確，電流表應(yīng)選用_，電壓表應(yīng)選用_，滑動變阻器應(yīng)選用_(均填儀器的字母代號)。(2)下圖為正確選擇儀器后，連好的部分電路。為了使測量誤差盡可能小，還需在電路中用導(dǎo)線將_和_相連、_和_相連、_和_相連(均填儀器上接線柱的字母代號)。(3)實驗時發(fā)現(xiàn)電流表壞了，于是不再使用電流表，剩余儀器中僅用電阻箱替換掉滑動變阻器，重新連接電路，仍能完成實驗。實驗中讀出幾組電阻箱的阻值R和對應(yīng)電壓表的示數(shù)U。用圖像法處理采集到的數(shù)據(jù)，為在直角坐標系中得到的函數(shù)圖像是一條直線，則可以_為縱坐標，以_為橫坐標。由題引知要點謹記4考查利用電阻箱測E和r對應(yīng)第(3)題(1)畫出利用電阻箱和電壓表測量E和r的電路圖。(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律寫出關(guān)于R和U的函數(shù)關(guān)系式，如下：UErR解析(1)因三節(jié)干電池的電動勢約為4.5 V，故電壓表應(yīng)選D；因干電池放電電流不宜超過0.5 A，故電流表應(yīng)選A；由電壓表和電流表的測量范圍可知滑動變阻器選用F即可。(2)本實驗的實驗電路如圖甲所示。所以還需要用導(dǎo)線將a與d相連，c與g相連，f與h相連。甲乙(3)電阻箱代替滑動變阻器，實驗電路圖如圖乙所示。根據(jù)閉合電路歐姆定律得UrE，整理可得三種情況：，以為縱坐標，為橫坐標，在直角坐標系中圖像為一條直線；UEr，以U為縱坐標，為橫坐標，在直角坐標系中圖像為一條直線；R，以為縱坐標，R為橫坐標，在直角坐標系中圖像為一條直線。答案(1)ADF(2)adcgfh(3)集訓(xùn)沖關(guān)1(2018連云港期末)利用如圖甲所示的電路測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，要求盡量減小實驗誤差，供選擇的器材有：A電流表A(00.6 A)B電壓表V1(03 V)C電壓表V2(015 V)D滑動變阻器R1(015 )E滑動變阻器R2(0100 )F定值電阻R01 G開關(guān)一個，導(dǎo)線若干(1)實驗中電壓表應(yīng)選用_，滑動變阻器應(yīng)選用_(選填相應(yīng)器材前的字母)。(2)實驗小組根據(jù)圖甲中電路圖已連接了部分器材，請用筆畫線代替導(dǎo)線，將乙圖中實物連接圖補充完整。(3)實驗時，某位同學(xué)記錄了5組數(shù)據(jù)，對應(yīng)的點已經(jīng)標在圖丙上，請在坐標紙上畫出UI圖線，并根據(jù)所畫圖線可得出干電池的電動勢E_V，內(nèi)阻r_。(計算結(jié)果小數(shù)點后保留兩位數(shù)字)解析：(1)一節(jié)干電池電動勢約為1.5 V，則電壓表應(yīng)選B；因電源內(nèi)阻較小，故為方便實驗操作，滑動變阻器應(yīng)選D。(2)實物連接圖如圖1所示。(3)UI圖像如圖2所示。圖線與U軸的交點等于電動勢，故電動勢為1.48 V，圖線斜率的絕對值為1.60，大小等于內(nèi)阻與定值電阻R0之和，故干電池內(nèi)阻為0.60 。答案：(1)BD(2)見解析圖1(3)見解析圖2148(1.471.49均可)0.60(0.570.63均可)2(2019沭陽模擬)用電流表和電壓表測一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，備有下列器材：A待測干電池(電動勢約為1.5 V，內(nèi)阻小于1 )B電流表A(量程00.6 A，內(nèi)阻約1 )C電壓表V(量程03 V，內(nèi)阻約3 k)D滑動變阻器R(020 ，10 A)E開關(guān)和導(dǎo)線若干(1)圖甲、乙是給出的兩個供選用的電路圖。為了較精確地測定電池的電動勢和內(nèi)阻，實驗中應(yīng)選用_(選填“甲”或“乙”)電路。(2)正確選擇電路后，經(jīng)測量得出的數(shù)據(jù)如下表，請在圖丙所示的坐標紙上畫出UI圖像。利用圖像求出該干電池的電動勢和內(nèi)阻分別為_V、_。次數(shù)123456I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05(3)實驗中用圖像法處理數(shù)據(jù)是為了減少_(選填“系統(tǒng)誤差”或“偶然誤差”)。解析：(1)為了較精確地測定電池的電動勢和內(nèi)阻，電池的內(nèi)阻不大，與電壓表、電流表內(nèi)阻相比較，電流表采用內(nèi)接法，實驗中應(yīng)選用乙電路。(2)根據(jù)數(shù)據(jù)描點，用直線連接如圖所示；則有UEIr，電池的電動勢等于截距Eb1.46 V，電池的內(nèi)阻等于斜率r0.73 。(3)實驗中用圖像法處理數(shù)據(jù)是為了減少偶然誤差。答案：(1)乙(2)見解析圖1.460.73(3)偶然誤差突破點(二)數(shù)據(jù)處理和誤差分析例2(2015江蘇高考)小明利用如圖所示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(V)1.451.361.271.161.06I(A)0.120.200.280.360.44請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在下面的方格紙上作出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，故E1.61 V，由圖線的斜率1.24知，電池內(nèi)阻為1.24 。注意此處不要用圖像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(dǎo)致實驗誤差增大。答案(1)0.44(2)UI圖線見解析1.61(1.591.63都算對)1.24(1.221.26都算對)(3)通電時間較長會使干電池的電動勢和內(nèi)阻發(fā)生變化，導(dǎo)致實驗誤差增大由題引知要點謹記2.考查作圖和數(shù)據(jù)處理能力對應(yīng)第(2)題(1)作圖時縱坐標起點為1.00 V。(2)通過圖線獲取信息和處理數(shù)據(jù)。在電源的UI圖線中，若兩坐標軸均從零開始的，則圖線與U軸的截距為電源電動勢，圖線與I軸的截距為電源的短路電流；若U軸不以零開始，則U軸截距仍為電動勢，I軸截距不再是短路電流，則r。集訓(xùn)沖關(guān)3(2018江蘇高考)一同學(xué)測量某干電池的電動勢和內(nèi)阻。(1)圖1所示是該同學(xué)正準備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時的實驗電路。請指出圖中在器材操作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/8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26/A16.75.95.34.53.8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_ 。(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(xué)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3所示，則該干電池的電動勢應(yīng)為_ V；內(nèi)阻應(yīng)為_ 。解析：(1)在電學(xué)實驗中，連接電路時應(yīng)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EI(Rr)，整理可得RrEr，即R圖像為直線。描點連線后圖像如圖所示。根據(jù)圖像可知r1.2 。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 V1.38 V。(3)根據(jù)歐姆定律，得電流表的內(nèi)阻rA 0.2 ，由EI(RrrA)得RE(rrA)，R圖像的斜率仍為電動勢E，即E1.38 V，而干電池的內(nèi)阻應(yīng)為rrrA1.0 。答案：(1)開關(guān)未斷開；電阻箱阻值為零。(2)見解析圖1.4(1.301.44均可)12(1.01.4均可)(3)1.4結(jié)果與(2)問第一個空格一致10結(jié)果比(2)問第二個空格小0.24實驗室中準備了下列器材：待測干電池(電動勢約1.5 V，內(nèi)阻約1.0 )電流表G(滿偏電流1.5 mA，內(nèi)阻10 )電流表A(量程00.60 A，內(nèi)阻約0.10 )滑動變阻器R1(020 ，2 A)滑動變阻器R2(0100 ，1 A)定值電阻R3990 ，開關(guān)S和導(dǎo)線若干(1)某同學(xué)選用上述器材(滑動變阻器只選用了一個)測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，為了能較為準確地進行測量和操作方便，實驗中選用的滑動變阻器應(yīng)是_。(填代號)(2)請在方框中畫出該同學(xué)的實驗電路圖。(3)如圖為該同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的I1I2圖線(I1為電流表G的示數(shù)，I2為電流表A的示數(shù))，由該圖線可得：被測干電池的電動勢E_V，內(nèi)阻r_。解析：(1)滑動變阻器應(yīng)起到明確的調(diào)節(jié)作用，并且還要易于調(diào)節(jié)，故一般限流接法時，滑動變阻器最大阻值約為待測干電池內(nèi)阻10倍左右即可，故本題中應(yīng)選R1。(2)本題中電流表G可與定值電阻串聯(lián)作為電壓表使用，再將滑動變阻器與電流表A串接在電源兩端即可，如圖所示。(3)由閉合電路歐姆定律可得：I1(R3RG)E(I1I2)r，變形得：I1I2；由數(shù)學(xué)知識可得：圖像中斜率的絕對值|k|；b；由題圖可知：b1.47103；k1030.75103；故解得：E1.47 V，r0.75 。答案：(1)R1(2)見解析圖(3)1.470.755(2019無錫模擬)在做“測電源電動勢與內(nèi)阻”的實驗中，(1)先用多用電表粗測了干電池的電動勢。 如圖1所示是測量時選擇開關(guān)與表頭指針所處的位置，則該電池的電動勢為_V，實驗結(jié)束后，應(yīng)將選擇開關(guān)撥到圖中的_擋位(選填“A”“B”“C”或“D”)。(2)設(shè)計如圖2所示電路進行測量。在實驗中發(fā)現(xiàn)滑動變阻器的滑片由M端向N端逐漸滑動時，電流表示數(shù)逐漸增大，電壓表的示數(shù)接近1.5 V并且?guī)缀醪蛔?，當滑片臨近N時，電壓表示數(shù)急劇變化。出現(xiàn)這種問題，應(yīng)更換一個總阻值比原來_(選填“大”或“小”)的滑動變阻器。(3)更換(2)中滑動變阻器后，記錄分布均勻的8組電流表示數(shù)(I)以及電壓表示數(shù)(U)，在數(shù)據(jù)處理軟件中，以U為縱軸，以I為橫軸，經(jīng)擬合得到直線U1.487 51.502 5I，則電源電動勢的測量值是_ V，內(nèi)電阻的測量值是_ 。(均需保留三位有效數(shù)字)解析：(1)根據(jù)電壓擋所選量程，可知多用電表的分度值為0.05 V，根據(jù)指針所指位置，可知電源的電動勢約為1.46 V；實驗結(jié)束后多用電表的指針應(yīng)該撥到交流電壓最大擋或OFF擋，故應(yīng)選A。(2)電壓表的讀數(shù)接近電動勢，說明滑動變阻器接入電路的阻值遠大于電源的內(nèi)阻，所以應(yīng)選擇一個較小阻值的滑動變阻器。(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，UEIr1.487 51.502 5I，則電源電動勢約為1.49 V，內(nèi)阻為1.50 。答案：(1)1.46A(2)小(3)1.491.50突破點(三)實驗的改進與創(chuàng)新例3某研究性學(xué)習(xí)小組利用伏安法測定某一電池組的電動勢和內(nèi)阻，實驗原理如圖甲所示，其中，虛線框內(nèi)為用靈敏電流計 改裝的電流表 ， 為標準電壓表，E為待測電池組，S為開關(guān)，R為滑動變阻器，R0是標稱值為4.0 的定值電阻。(1)已知靈敏電流計 的滿偏電流Ig100 A、內(nèi)阻rg2.0 k，若要改裝后的電流表滿偏電流為200 mA，應(yīng)并聯(lián)一只_(保留一位小數(shù))的定值電阻R1。(2)根據(jù)圖甲，用筆畫線代替導(dǎo)線將圖乙連接成完整電路。(3)某次實驗的數(shù)據(jù)如下表所示：測量次數(shù)12345678電壓表讀數(shù)U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改裝表讀數(shù)I/mA20406080100120140160該小組借鑒“研究勻變速直線運動”實驗中計算加速度的方法(逐差法)，計算出電池組的內(nèi)阻r_(保留兩位小數(shù))；為減小偶然誤差，逐差法在數(shù)據(jù)處理方面體現(xiàn)出的主要優(yōu)點是_。(4)該小組在前面實驗的基礎(chǔ)上，為探究圖甲電路中各元器件的實際阻值對測量結(jié)果的影響，用一已知電動勢和內(nèi)阻的標準電池組，通過上述方法多次測量后發(fā)現(xiàn)：電動勢的測量值與已知值幾乎相同，但內(nèi)阻的測量值總是偏大。若測量過程無誤，則內(nèi)阻測量值總是偏大的原因是_。(填選項前的字母)A電壓表內(nèi)阻的影響B(tài)滑動變阻器的最大阻值偏小CR1的實際阻值比計算值偏小DR0的實際阻值比標稱值偏大答案(1)1.0(2)如圖所示(3)1.66充分利用已測得的數(shù)據(jù)(4)CD由題引知要點謹記1.考查知識點的創(chuàng)新對應(yīng)第(1)題借助測定電池組的電動勢和內(nèi)阻實驗，考查了電流表的改裝，電流表改裝的原理為：并聯(lián)一只電阻R1，Igrg(IIg)R1，即R1f(Igrg,IIg)。 2.數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新對應(yīng)第(3)題(1)“逐差法”一般應(yīng)用在通過紙帶求解加速度的實驗中，本實驗所記錄的數(shù)據(jù)中的讀數(shù)中依次相差20 mA。所以也可采用逐差法計算電池組的內(nèi)阻。(2)根據(jù)電源的伏安特性曲線可知，電源的內(nèi)阻rR0，結(jié)合逐差法可得，rR045.66 ，所以r1.66 。(3)采用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)時能夠充分利用已測得的數(shù)據(jù)，以減小實驗的偶然誤差。3誤差分析的創(chuàng)新對應(yīng)第(4)題電動勢測量值誤差很小，說明電壓表分流產(chǎn)生的誤差可以忽略不計；通過電源的電流的測量值小于真實值，即與電流計并聯(lián)的電阻R1的實際值小于計算值；由電源內(nèi)阻的計算式r R0知，若R0標稱值比實際值小，會導(dǎo)致內(nèi)阻測量值總是偏大。還可以用以下幾種方法測定電源的電動勢和內(nèi)阻。安阻法伏阻法伏伏法電路圖原理EI(Rr)EUrEU1U2rEU1r誤差E測E真，r測r真E測E真，r測r真沒有系統(tǒng)誤差集訓(xùn)沖關(guān)6(2019南京模擬)利用電壓表和電阻箱可以測量電池的電動勢和內(nèi)阻，某同學(xué)找到了如下的器材：電池組(電動勢約為6.0 V，內(nèi)阻約為1 )，靈敏電流計G(滿偏電流Ig100 A，內(nèi)阻Rg100 )，定值電阻R1(R11 )，定值電阻R2(R259.9 k)，變阻箱R3(阻值范圍09.9 可調(diào))，開關(guān)、導(dǎo)線若干。該同學(xué)發(fā)現(xiàn)還需要一個合適的電壓表，于是把上述G表改裝成電壓表。(1)將G表改裝成量程為6 V的電壓表，需將G表與_(選填“R1”“R2”或“R3”)串聯(lián)。(2)為了準確地測量出電池組的電動勢和內(nèi)阻，請在圖甲虛線框中把實驗電路圖補充完整，并在對應(yīng)的電阻旁邊標上R1、R2或R3，如果為變阻箱，請補充完整其符號。(3)某次測量，電壓表示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為_V。(4)經(jīng)過多次測量，得出圖丙所示的圖像，由圖像可求得該電池組的電動勢為_V，內(nèi)阻為_(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。解析：(1)靈敏電流計G(滿偏電流Ig100 A，內(nèi)阻Rg100 )改裝成量程為6 V的電壓表，則有R 59.9 k，故需將G表與R2串聯(lián)。(2)根據(jù)題意可知，本實驗中采用電阻箱與改裝后的電壓表并聯(lián)進行分析，并且采用R1與電源串聯(lián)充當保護電阻使用；故電路圖如圖所示。(3)由題圖乙知，電壓表分度值為0.2 V，其讀數(shù)為0.222 V4.4 V。(4)根據(jù)閉合電路歐姆定律可知：UE(rR1)，變形可得，則由圖像性質(zhì)可知0.2，0.5，解得該電池組的電動勢為E5.0 V，內(nèi)阻為r1.5 。答案：(1)R2(2)見解析圖(3)4.4(4)5.01.57(2019蘇北四市一模)測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，電路如圖甲所示，MN為一段粗細均勻、電阻率較大的電阻絲，定值電阻R01.0 ，調(diào)節(jié)滑片P，記錄電壓表示數(shù)U、電流表示數(shù)I及對應(yīng)的PN長度x，繪制了UI圖像如圖乙所示。(1)由圖乙求得電池的電動勢E_V，內(nèi)阻r_。(2)實驗中由于電表內(nèi)阻的影響，電動勢測量值_其真實值(選填“大于”“等于”或“小于”)。(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可繪出 x圖像，如圖丙所示。圖像斜率為k，電阻絲橫截面積為S，可求得電阻絲的電阻率_，電表內(nèi)阻對電阻率的測量_(選填“有”或“沒有”)影響。解析：(1)由閉合電路歐姆定律可知：UEI(rR0)；則可知，題圖乙中的圖像與縱坐標軸的交點表示電動勢，故E1.49 V；圖像的斜率表示電池內(nèi)電阻與定值電阻總阻值，則rR0 1.45 ，解得r1.45 1.0 0.45 。(2)由題圖可知，伏安法測電阻采用電流表內(nèi)接法，由于電壓表分流作用，電流表測量值偏小，當外電路短路時，電流測量值等于真實值，電源的UI圖像如圖所示，由圖像可知，電動勢測量值小于真實值，電源內(nèi)阻測量值小于真實值。(3)根據(jù)歐姆定律可知，電阻R；則可知k，解得：kS；若考慮電表內(nèi)阻，則圖像的斜率不變，所以得出對電阻率沒有影響。答案：(1)1.490.45(2)小于(3)kS沒有8(2018南通二模)測量某電源電動勢和內(nèi)阻，提供實驗器材如下：A待測電源(電動勢約12 V、內(nèi)阻約1 、額定電流2 A)B電流表A(量程1 A)C電流表G(量程1 mA、內(nèi)阻約50 )D電阻箱(099 999.9 )E滑動變阻器(020 k)F滑動變阻器(01 k)H滑動變阻器(050 )J定值電阻(阻值5 )K定值電阻(阻值100 )L開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)電流表改裝成電壓表，需要測量電流表內(nèi)阻Rg，實驗小組采用如圖甲所示的電路，實驗步驟如下：連接好電路，閉合開關(guān)S1前，滑動變阻器R1的滑片應(yīng)移到_(選填“最左端”或“最右端”)。閉合S1，斷開S2，調(diào)節(jié)R1使電流表G滿偏。閉合S2，保持R1阻值不變，調(diào)節(jié)電阻箱R2的阻值，使得電流表G半偏，讀出電阻箱示數(shù)R，則電流表G的內(nèi)阻Rg_。(2)將電流表G改裝成量程15 V的電壓表，已測得Rg52.0 ，則圖乙電路中電阻箱R2的取值應(yīng)為_ 。(3)用圖乙電路測電源電動勢和內(nèi)阻，滑動變阻器R3選用_；定值電阻R0選用_(選填器材序號)。(4)根據(jù)實驗測得數(shù)據(jù)作出電壓表讀數(shù)U與電流表A讀數(shù)I間的關(guān)系圖像(圖像未畫出)，由圖像讀出I0時U12.1 V，圖線斜率絕對值為5.9 V/A，則電源電動勢E_V，電源內(nèi)阻r_。解析：(1)滑動變阻器R1的滑片移到最左端時接入電路的電阻最大，故閉合開關(guān)S1前，滑動變阻器R1的滑片移到最左端；閉合S2，電阻箱R2與電流表G并聯(lián)，當電流表G半偏時，即電流表中電流為原來的一半，則另一半電流流過電阻箱R2，電阻箱R2與電流表G中電流相同，故電阻值也相等。(2)將電流表G改裝成量程為15 V的電壓表后，表的總電阻R 1.5104 ，與電流表G串聯(lián)的電阻箱R2RRg14 948 。(3)滑動變阻器的總阻值小，便于精細調(diào)節(jié)，故選H；因電流表量程為1 A，定值電阻若選100 ，則測量電流的大小及大小變化范圍就非常小，故定值電阻應(yīng)選J。(4)由題圖乙知，將定值電阻等效為電源內(nèi)阻，I0時，路端電壓即為電動勢EU12.1 V，圖線斜率絕對值為等效內(nèi)阻的大小，則電源實際內(nèi)阻為r5.9 5 0.9 。答案：(1)最左端R(2)14 948.0(3)HJ(4)12.10.9