2019-2020年高三物理復(fù)習(xí) 第7章 實(shí)驗(yàn) 測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻學(xué)案.doc

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2019-2020年高三物理復(fù)習(xí) 第7章 實(shí)驗(yàn) 測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻學(xué)案實(shí)驗(yàn)?zāi)康?進(jìn)一步理解閉合電路歐姆定律，掌握用電壓表和電流表測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法2掌握用圖象法求電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法；理解并掌握路端電壓U與干路電流I的關(guān)系圖象(即UI圖象)與縱、橫坐標(biāo)軸交點(diǎn)坐標(biāo)的意義以及圖象斜率的意義實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)的依據(jù)是閉合電路的歐姆定律，實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示圖11公式法：改變變阻器的阻值，從電流表、電壓表中讀出幾組U、I值，由U_可得EU1I1r，EU2I2r，解之E、r，多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，分別求出幾組電動(dòng)勢(shì)E和r的值，然后求出它們的平均值2圖象法：改變R的阻值，多測(cè)幾組U、I值實(shí)驗(yàn)中至少測(cè)出6組U、I值，且變化范圍要大些，圖2然后在UI坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖，所得直線與縱軸的交點(diǎn)即為_(kāi)，圖線_的絕對(duì)值即為內(nèi)阻r的值如圖2所示實(shí)驗(yàn)器材電池(被測(cè)電源)、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙實(shí)驗(yàn)步驟1連接電路電流表用0.6 A量程，電壓表用3 V量程，按圖1連接好電路2測(cè)量與記錄(1)把滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)到使接入電路的阻值最大的一端(2)閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(cè)量幾組I、U值3數(shù)據(jù)處理、整理器材(1)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，拆除電路整理好器材(2)取坐標(biāo)紙，以_為橫軸，_為縱軸，描繪出所記錄的各組I、U值的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，連成UI圖線延長(zhǎng)UI圖線，它與坐標(biāo)軸有兩個(gè)交點(diǎn)，讀取E，進(jìn)一步可以算出r_，如圖2所示注意事項(xiàng)1本實(shí)驗(yàn)采用伏安法正確的實(shí)驗(yàn)電路為電流表內(nèi)接法(如圖1所示)，不要接成電流表外接法(如圖3所示)圖32合理選擇電壓表、電流表量程測(cè)一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí)，電壓表選3 V量程，電流表選0.6 A量程，滑動(dòng)變阻器選010 .3應(yīng)使用內(nèi)阻大些(用過(guò)一段時(shí)間)的干電池；在實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過(guò)大；每次讀完I和U的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開(kāi)電源，以免干電池在大電流放電時(shí)E和r明顯變化4在作UI圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)對(duì)稱分布在直線的兩側(cè)，不要顧及個(gè)別偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)，以減小偶然誤差5干電池內(nèi)阻較小時(shí)，U的變化較慢，此時(shí)，坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)將呈現(xiàn)如圖4甲所示的狀況，為此，可使縱坐標(biāo)不從零開(kāi)始，如圖乙所示，把坐標(biāo)的比例放大，可使結(jié)果的誤差減小些此時(shí)圖線與橫軸交點(diǎn)不表示短路電流另外，計(jì)算內(nèi)阻要在直線上任取兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，用r|算出電池的內(nèi)阻r.圖4誤差分析由于實(shí)驗(yàn)電路及電壓表、電流表內(nèi)阻的影響，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果E測(cè)E真，r測(cè)r真題型一利用電流表和電壓表測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻【例1】 某同學(xué)將銅片和鋅片插入水果中制成一個(gè)“水果電池”，該同學(xué)利用下列所給器材測(cè)量該“水果電池”的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r.A電流表A1(量程0.6 A，內(nèi)阻約1 )B電流表A2(量程20 mA，內(nèi)阻約50 )C電壓表V1(量程4 V，內(nèi)阻約4 k)D電壓表V2(量程15 V，內(nèi)阻15 k)E滑動(dòng)變阻器R1(01 000 )F滑動(dòng)變阻器R2(09 999.9 )G待測(cè)“水果電池”(電動(dòng)勢(shì)E約為4 V，內(nèi)阻r約為200 )H開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干(1)為盡量減小實(shí)驗(yàn)的誤差，實(shí)驗(yàn)中電流表選擇_；電壓表選擇_；滑動(dòng)變阻器選_請(qǐng)?jiān)谔摼€方框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖；(2)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)中記錄的6組對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)如下表，試根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖5中描點(diǎn)畫(huà)出UI圖線；由圖線可得，“水果電池”的電動(dòng)勢(shì)E_V，內(nèi)電阻r_.圖5I/mA4.05.08.010.012.014.0U/V3.042.852.301.901.501.14(3)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的“水果電池”的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻與真實(shí)值相比，E測(cè)_E真，r測(cè)_r真(選填“大于”、“小于”或“等于”)規(guī)范思維題型二安阻法(利用電流表、電阻箱)測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻圖6實(shí)驗(yàn)器材：一節(jié)干電池、電流表、電阻箱、電鍵依據(jù)的基本公式：_實(shí)驗(yàn)原理圖：如圖6所示用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，若作出R圖象(或R圖象)，圖象在R軸上的截距即為電源內(nèi)阻的負(fù)值，圖線的斜率即為電動(dòng)勢(shì)E.【例2】 (xx北京理綜21(2)某同學(xué)通過(guò)查找資料自己動(dòng)手制作了一個(gè)電池該同學(xué)想測(cè)量一下這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r，但是從實(shí)驗(yàn)室只借到一個(gè)開(kāi)關(guān)、一個(gè)電阻箱(最大阻值為999.9 ，可當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電阻用)、一只電流表(量程Ig0.6 A，內(nèi)阻rg0.1 )和若干導(dǎo)線(1)請(qǐng)根據(jù)測(cè)定電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r的要求，設(shè)計(jì)圖7中器件的連接方式，畫(huà)線把它們連接起來(lái)圖7圖8(2)接通開(kāi)關(guān)，逐次改變電阻箱的阻值R，讀出與R對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù)I，并作記錄當(dāng)電阻箱的阻值R2.6 時(shí)，其對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù)如圖8所示處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，首先計(jì)算出每個(gè)電流值I的倒數(shù)；再制作R坐標(biāo)圖，如圖9所示，圖中已標(biāo)注出了(R，)的幾個(gè)與測(cè)量對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，請(qǐng)你將與圖8實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)也標(biāo)注在圖9上圖9(3)在圖9上把描繪出的坐標(biāo)點(diǎn)連成圖線(4)根據(jù)圖9描繪出的圖線可得出這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)E_V，內(nèi)電阻r_.規(guī)范思維題型三伏阻法(利用電壓表、電阻箱)測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻實(shí)驗(yàn)器材：圖10一節(jié)干電池、電壓表、電阻箱、電鍵依據(jù)的基本公式：EUr或?qū)嶒?yàn)原理圖：如圖10所示用圖象法處理數(shù)據(jù)，若作出圖象，圖象在軸上的截距為電動(dòng)勢(shì)的倒數(shù)1/E，斜率為r/E，由斜率和截距可求得電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻圖11【例3】 甲同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖11所示的電路測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)E及電阻R1和R2的阻值實(shí)驗(yàn)器材有：待測(cè)電源E(不計(jì)內(nèi)阻)，待測(cè)電阻R1，待測(cè)電阻R2，電壓表V(量程為1.5 V，內(nèi)阻很大)，電阻箱R(099.99 )，單刀單擲開(kāi)關(guān)S1，單刀雙擲開(kāi)關(guān)S2，導(dǎo)線若干(1)先測(cè)電阻R1的阻值請(qǐng)將甲同學(xué)的操作補(bǔ)充完整：閉合S1，將S2切換到a，調(diào)節(jié)電阻箱，讀出其示數(shù)r和對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)U1，保持電阻箱示數(shù)不變，_，讀出電壓表的示數(shù)U2.則電阻R1的表達(dá)式為R1_.圖12(2)甲同學(xué)已經(jīng)測(cè)得電阻R14.8 ，繼續(xù)測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)E和電阻R2的阻值該同學(xué)的做法是：閉合S1，將S2切換到a，多次調(diào)節(jié)電阻箱，讀出多組電阻箱示數(shù)R和對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)U，由測(cè)得的數(shù)據(jù)，繪出了如圖12所示的圖線，則電源電動(dòng)勢(shì)E_ V，電阻R2_ .規(guī)范思維題型四實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新【例4】 (xx大綱全國(guó)23)使用多用電表測(cè)量電阻時(shí)，多用電表內(nèi)部的電路可以等效為一個(gè)直流電源(一般為電池)、一個(gè)電阻和一表頭相串聯(lián)，兩個(gè)表筆分別位于此串聯(lián)電路的兩端現(xiàn)需要測(cè)量多用電表內(nèi)電池的電動(dòng)勢(shì)，給定的器材有：待測(cè)多用電表，量程為60 mA的電流表，電阻箱，導(dǎo)線若干實(shí)驗(yàn)時(shí)，將多用電表調(diào)至1 擋，調(diào)好零點(diǎn)；電阻箱置于適當(dāng)數(shù)值完成下列填空：(1)儀器連線如圖13所示(a和b是多用電表的兩個(gè)表筆)若兩電表均正常工作，則表筆a為_(kāi)(填“紅”或“黑”)色；圖13(2)若適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻箱后，圖13中多用電表、電流表與電阻箱的示數(shù)分別如圖14(a)、(b)、(c)所示，則多用電表的讀數(shù)為_(kāi)，電流表的讀數(shù)為_(kāi)mA，電阻箱的讀數(shù)為_(kāi)；(a)(b)(c)圖14(3)將圖13中多用電表的兩表筆短接，此時(shí)流過(guò)多用電表的電流為_(kāi)mA；(保留3位有效數(shù)字)(4)計(jì)算得到多用電表內(nèi)電池的電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)V(保留3位有效數(shù)字)規(guī)范思維圖151如圖15所示為某次測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻所作的圖象，有關(guān)這個(gè)圖象的說(shuō)法正確的是()A縱軸截距表示待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)，即E3 VB橫軸截距表示短路電流，即I短0.6 AC根據(jù)rE/I短，計(jì)算出待測(cè)電源內(nèi)阻為5 D根據(jù)rU/I，計(jì)算出待測(cè)電源內(nèi)阻為1 2(xx廣東理綜34(2)某同學(xué)利用電壓表和電阻箱測(cè)定干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻(R05 )一個(gè)，開(kāi)關(guān)兩個(gè)，導(dǎo)線若干，實(shí)驗(yàn)原理圖如圖16(a)所示(1)在圖(b)的實(shí)物圖中，已正確連接了部分電路，請(qǐng)完成余下電路的連接(2)請(qǐng)完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟：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(c)所示讀得電阻值是_；將開(kāi)關(guān)S1閉合，開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，電壓表的示數(shù)是1.49 V.將開(kāi)關(guān)S2_，電壓表的示數(shù)是1.16 V；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1.(3)使用測(cè)得的數(shù)據(jù)，計(jì)算出干電池的內(nèi)阻是_(計(jì)算結(jié)果保留二位有效數(shù)字)(4)由于所用電壓表不是理想電壓表，所以測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)比實(shí)際值偏_(填“大”或“小”)圖163現(xiàn)有一特殊電池，它的電動(dòng)勢(shì)E約為9 V，內(nèi)阻r約為40 ，已知該電池允許輸出的最大電流為50 mA.為了測(cè)量這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，某同學(xué)利用如圖17甲所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖中電流表的內(nèi)阻RA已經(jīng)測(cè)出，阻值為5 ，R為電阻箱，阻值范圍0999.9 ，R0為定值電阻，對(duì)電路起保護(hù)作用(1)實(shí)驗(yàn)室備有的定值電阻R0共有以下幾種規(guī)格A10 B50 C150 D500 本實(shí)驗(yàn)選用哪一種規(guī)格的定值電阻最好_(2)該同學(xué)接入符合要求的R0后，閉合開(kāi)關(guān)K，調(diào)整電阻箱的阻值，讀取電流表的示數(shù)，記錄多組數(shù)據(jù)，作出了圖乙所示的圖線，則根據(jù)該同學(xué)作出的圖線可求得該電池的電動(dòng)勢(shì)E_ V，內(nèi)阻r_ .甲乙圖174(xx江蘇單科10)在測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，由于所用電壓表(視為理想電壓表)的量程較小，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖18所示的實(shí)物電路圖18(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到_(選填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改變電阻箱的阻值R，分別測(cè)出阻值R010 的定值電阻兩端的電壓U.下列兩組R的取值方案中，比較合理的方案是_(選填“1”或“2”)方案編號(hào)電阻箱的阻值R/1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)，繪出的R圖象是一條直線若直線的斜率為k，在坐標(biāo)軸縱軸上的截距為b，則該電源的電動(dòng)勢(shì)E_，內(nèi)阻r_.(用k、b和R0表示)實(shí)驗(yàn)學(xué)案37測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻【基礎(chǔ)自主落實(shí)】實(shí)驗(yàn)原理1EIr2.電動(dòng)勢(shì)值斜率實(shí)驗(yàn)步驟3(2)電流I路端電壓U【熱點(diǎn)題型精析】例1 (1)A2V1R1實(shí)驗(yàn)電路圖見(jiàn)解析(2)UI圖線見(jiàn)解析3.80190(3)小于小于解析(1)實(shí)驗(yàn)電路圖如下圖所示(2)如下圖所示，直線與縱軸的截距即為電動(dòng)勢(shì)，所以E3.80 V，直線斜率的絕對(duì)值即為電源的電阻，所以r|190 .(3)由于電流表A2的示數(shù)是支路電流，而電壓表的示數(shù)等于實(shí)際的路端電壓，從而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致的結(jié)果是：E測(cè)小于E真，r測(cè)小于r真規(guī)范思維本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)對(duì)實(shí)際問(wèn)題的探究，其實(shí)驗(yàn)方案是教科書(shū)上測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)原理的拓展例2 (1)如下圖所示(2)、(3)如下圖所示(4)1.52(1.461.54)0.3(0.250.35)解析首先應(yīng)理解本題的實(shí)驗(yàn)原理，由閉合電路歐姆定律可知：得R(rrg)可知在R圖象中，圖線的斜率就是E，縱軸截距為(rrg)(1)把它們直接串聯(lián)即可(2)當(dāng)R2.6 時(shí)，由圖可知，I0.5 A，2 A1，點(diǎn)(2,2.6)見(jiàn)答圖(3)見(jiàn)答圖，可見(jiàn)是一條傾斜的直線注意連線時(shí)：a.不能連成折線，b.為減小偶然誤差，個(gè)別偏離太遠(yuǎn)的點(diǎn)舍去(4)由閉合電路的歐姆定律得EI(Rrrg)則R(rrg)，故圖線的斜率k表示電池電動(dòng)勢(shì)E的大小，縱軸截距的絕對(duì)值表示內(nèi)阻(rrg)由答圖可知：Ek V1.52 V(1.461.54 V范圍內(nèi)均正確)，r0.3 (0.250.35 均正確)規(guī)范思維本題處理數(shù)據(jù)時(shí)畫(huà)出的不是RI圖線(曲線)，而R圖線(直線)，這樣會(huì)很容易的求出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻這種方法跟研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，不是利用am圖線而是利用a圖線尋找結(jié)論是相同的例3 (1)將S2切換到br(2)1.43(或)1.2解析(1)將S2切換到a時(shí)，電壓表示數(shù)為U1，電阻箱電阻為r，則電路中電流I1；將S2切換到b時(shí)，電壓表示數(shù)為U2，則電路中電流為I2，由于I1I2，解得R1r.(2)由閉合電路歐姆定律得：EU(R1R2)整理得：由題圖可得0.7，則E1.43 V將2.8，0.5代入得：R21.2 .規(guī)范思維本實(shí)驗(yàn)中雖缺少電流表，但有電阻箱，可利用“伏阻法”測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的原理體會(huì)用圖象法處理數(shù)據(jù)的技巧：先寫(xiě)出縱、橫坐標(biāo)所表示物理量的表達(dá)式關(guān)系式，然后從斜率的意義、截距的意義為突破口，求解未知量例4 (1)黑(2)14.053.04.6(3)102(4)1.54解析(1)由多用電表電流“紅表筆進(jìn)，黑表筆出”，電流表“”接線柱電流流進(jìn)，“”接線柱電流流出知，a表筆為黑色表筆(2)根據(jù)題圖讀數(shù)，多用電表讀數(shù)為14.0 ，電流表讀數(shù)為53.0 mA，電阻箱讀數(shù)為41 60.1 4.6 .(3)從多用電表表盤(pán)來(lái)看，指針指在電流表“130”處時(shí)實(shí)際電流為53 mA，故指針指到最右端“250”處時(shí)，實(shí)際電流為53 mA102 mA.(4)由EIRIr知，E140.0530.053r，又0.102，得E1.54 V.規(guī)范思維本題雖為實(shí)驗(yàn)題，但真正考查的還是閉合電路歐姆定律理解好以下幾點(diǎn)是解題關(guān)鍵：多用電表的原理把多用電表看作能讀出外電阻的電源串聯(lián)電路的電流處處相等【課時(shí)效果檢測(cè)】1AD2(1)如下圖所示(2)20 閉合(3)0.69 (4)小解析(1)見(jiàn)答案(2)由圖(c)讀得電阻箱阻值為R20 ；將S1閉合S2斷開(kāi)，電壓表示數(shù)為電源電動(dòng)勢(shì)E1.49 V，將S2再閉合，電壓表示數(shù)為R兩端電壓將電壓表視為理想電表，則干路電流I A0.058 A.(3)因?yàn)镮，所以rR0R(520) 0.69 .(4)若考慮電壓表的內(nèi)阻，則S1閉合S2斷開(kāi)時(shí)，電壓表示數(shù)為該表兩端電壓小于電源電動(dòng)勢(shì)3(1)C(2)1045解析(1)回路中的最小電阻R總 180 ，R0為保護(hù)電阻，當(dāng)R0時(shí)，電源電流也不會(huì)超出50 mA，此時(shí)R0R總rRA135 ，C最合適，A、B太小起不到保護(hù)作用，D太大，會(huì)使電路中的電流測(cè)量范圍太小(2)由閉合電路的歐姆定律有EI(rR0RAR)得(RR0)(RR0)，圖線的斜率為，由圖線知斜率k得E10 V，與縱軸的截距為5，解得r45 .4(1)最大值(2)2(3)R0解析(1)電阻箱接入回路中的電阻越大，回路電流越小，起保護(hù)電源，防止燒壞電壓表的作用，所以應(yīng)將電阻箱的電阻調(diào)到最大(2)方案1中電阻箱接入電路的電阻太大，電壓表示數(shù)太小，誤差太大因此采用方案2.(3)由閉合電路歐姆定律可知，R，所以k，b，解得：E，rR0.