(名師導(dǎo)學(xué))2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第八章 第6節(jié) 實(shí)驗(yàn):測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻教學(xué)案 新人教版

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1、第6節(jié)實(shí)驗(yàn):測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻夯實(shí)基礎(chǔ)【p146】一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻2認(rèn)識(shí)電源輸出電壓隨電流變化的圖象二、實(shí)驗(yàn)原理1實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示2電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻的求解(1)計(jì)算法由UEIr可得解得(2)圖象法作出UI圖象,利用圖象求解,如圖所示圖線與縱軸交點(diǎn)為E.圖線與橫軸交點(diǎn)為短路電流,I短.由圖線的斜率可求電源內(nèi)阻r|.三、實(shí)驗(yàn)器材電池(待測(cè)電源)、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線和坐標(biāo)紙四、實(shí)驗(yàn)步驟1連接電路:確定電流表、電壓表的量程,按照電路原理圖把器材連接好2測(cè)量數(shù)據(jù):閉合開關(guān),調(diào)節(jié)變阻器,使電流表有明顯示數(shù),記錄一組電壓表和電流表的讀數(shù),用同樣方法測(cè)量并記錄幾組I

2、、U值. 第1組第2組第3組第4組第5組第6組U/V I/A 3.整理器材:斷開開關(guān),整理好器材4數(shù)據(jù)處理:計(jì)算法或在坐標(biāo)紙上作UI圖,求出E、r.五、注意事項(xiàng)1為了使電池的路端電壓變化明顯,電池的內(nèi)阻宜大些(選用已使用過一段時(shí)間的1號(hào)干電池)2干電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象較嚴(yán)重,電動(dòng)勢(shì)E會(huì)明顯下降,內(nèi)阻r會(huì)明顯增大,故長(zhǎng)時(shí)間放電時(shí)電流不宜超過0.3 A,短時(shí)間放電時(shí)電流不宜超過0.5 A因此,實(shí)驗(yàn)中不要將R調(diào)得過小,讀電表示數(shù)要快,每次讀完應(yīng)立即斷電3要測(cè)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(shí),要將測(cè)出的I、U數(shù)據(jù)中,第1和第4為一組、第2和第5為一組、第3和第6為一組,分別

3、解出E、r值再取平均值4在畫UI圖線時(shí),要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不予考慮這樣就可使偶然誤差得到部分抵消,從而提高測(cè)量的精度六、誤差分析1每次讀完電表示數(shù)沒有立即斷電,造成E、r變化2測(cè)量電路存在系統(tǒng)誤差,實(shí)驗(yàn)電路采用圖a時(shí),I真I測(cè)IV,未考慮電壓表的分流;實(shí)驗(yàn)電路采用圖b時(shí),電路中U真U測(cè)UA,未考慮UA.3用圖象法求E、r時(shí),作圖不準(zhǔn)確造成偶然誤差4由于電壓表、電流表內(nèi)阻的影響,按圖a實(shí)驗(yàn)結(jié)果E測(cè)E真,r測(cè)r真定性分析如下:由于電流表的分壓,使路端電壓的測(cè)量值小于真實(shí)值,電流越大,電流表的分壓也越大,路端電壓的真實(shí)值與測(cè)量值的差距越大

4、若把電流表的內(nèi)阻放入電源內(nèi),則路端電壓的測(cè)量值等于真實(shí)值,而內(nèi)阻的測(cè)量值比真實(shí)值大了RA.由于RA與r真比較接近,使內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差很大,所以通常不采用圖b的電路作出的UI圖線如圖B.七、測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的其他方法1使用電流表、電阻箱依,作R1圖線,斜率為,截距為2使用電壓表、電阻箱依EUr,作圖線,斜率為,截距為【p147】考點(diǎn)突破例1用電流表和電壓表測(cè)定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組(電動(dòng)勢(shì)約4.5 V,內(nèi)電阻約1 )的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,除待測(cè)電池組、開關(guān)、導(dǎo)線外,還有下列器材供選用:A電流表:量程為00.6 A,內(nèi)阻約1 B電流表:量程為03 A,內(nèi)阻約0.2 C電壓表:量程為03

5、V,內(nèi)阻約30 kD電壓表:量程為06 V,內(nèi)阻約60 kE滑動(dòng)變阻器:01 000 ,額定電流0.5 AF滑動(dòng)變阻器:020 ,額定電流2 A(1)為了使測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確,電流表應(yīng)選用_,電壓表應(yīng)選用_,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用_(均填儀器的字母代號(hào))(2)下圖為正確選擇儀器后,連好的部分電路為了使測(cè)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(hào))(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)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(dòng)變阻器,重新連接電路,仍能完成實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中讀出幾組電阻箱的阻值R和對(duì)應(yīng)電壓表的示數(shù)U.用圖象法處理采集到的數(shù)據(jù),為在直角坐標(biāo)系中

6、得到的函數(shù)圖象是一條直線,則可以_為縱坐標(biāo),以_為橫坐標(biāo)【解析】(1)為了使測(cè)量更準(zhǔn)確,電流表選量程為0.6 A的電流表A,電池組的電動(dòng)勢(shì)約4.5 V,故電壓表選D,為了便于調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器應(yīng)選F.(2)為了使測(cè)量誤差盡可能小,測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理圖如圖甲所示,因此將a、d相連,c、g相連,f、h相連(3)用電阻箱和電壓表測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)原理圖如圖乙所示,根據(jù)閉合電路歐姆定律,得EUr,所以,因此可作出圖象處理數(shù)據(jù)【答案】(1)ADF(2)adcgfh(3)(橫縱坐標(biāo)互換亦可)針對(duì)訓(xùn)練1某實(shí)驗(yàn)小組在測(cè)量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻時(shí),設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路,實(shí)驗(yàn)室為該小組提供的實(shí)驗(yàn)

7、器材如下:A電壓表V1,量程03 V、內(nèi)阻約為3 kB電壓表V2,量程015 V、內(nèi)阻約為15 kC電流表A1,量程00.6 A、內(nèi)阻約為1 D電流表A2,量程03 A、內(nèi)阻約為0.2 E最大阻值約為20 的滑動(dòng)變阻器R1F最大阻值約為100 的滑動(dòng)變阻器R2G開關(guān)S以及導(dǎo)線若干(1)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,電流表應(yīng)選_C_,電壓表應(yīng)選_A_,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選_E_(填實(shí)驗(yàn)器材前的序號(hào))(2)該小組的同學(xué)在進(jìn)行多次測(cè)量后,將得到的多組電壓表、電流表的讀數(shù)描繪在同一坐標(biāo)圖中,如圖乙所示,請(qǐng)?jiān)谧鴺?biāo)圖中畫出干電池的伏安特性曲線,然后由圖線求得被測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)E_1.5_V,電池的內(nèi)阻r_0.5_._如圖所示

8、_【解析】(1)因?yàn)橐还?jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)接近1.5 V,則應(yīng)該選擇03 V量程的電壓表,即應(yīng)選A;如選電流表C,則當(dāng)電路中電流分別為0.6 A、0.2 A、0.1 A時(shí),電路中的總電阻分別為2.5 、7.5 、15 ,選E與之配合最好(2)畫線時(shí)要使盡量多的點(diǎn)在直線上,不在直線上的點(diǎn)盡量均勻分布在直線的兩側(cè),如圖所示由得到的圖線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)可知,被測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5 V,由圖線的斜率可知,干電池的內(nèi)阻為0.5 .【p147】考點(diǎn)突破例2某實(shí)驗(yàn)小組想通過實(shí)驗(yàn)研究水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻他們制作了一個(gè)蘋果電池進(jìn)行研究,了解到水果電池的內(nèi)阻可能比較大,設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖甲所示的實(shí)物電路進(jìn)行測(cè)量(1

9、)請(qǐng)按圖甲中所示實(shí)物圖在方框內(nèi)畫出的電路圖(電源用“”表示)(2)測(cè)定水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,所用的器材有:蘋果電池E:電動(dòng)勢(shì)約為1 V;電壓表V:量程01 V,內(nèi)阻RV3 k;電阻箱R:最大阻值9 999 ;開關(guān)S,導(dǎo)線若干(3)實(shí)驗(yàn)步驟如下:按電路圖連接電路(為保證電路安全,先將電阻箱的電阻調(diào)到最大值);閉合開關(guān)S,多次調(diào)節(jié)阻箱,記下電壓表的示數(shù)U和電阻箱相應(yīng)的阻值R,并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的與的值,如下表所示;R/9 0006 0005 0004 0003 0002 000R1/104 11.11.72.02.53.35.0U/V0.530.500.480.460.43U1/V11.92.02.1

10、2.22.3以為縱坐標(biāo),為橫坐標(biāo),將計(jì)算出的數(shù)據(jù)描繪在坐標(biāo)紙內(nèi),作出圖線;計(jì)算得出水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻請(qǐng)回答下列問題:.實(shí)驗(yàn)得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)如上表所示,其中當(dāng)電阻箱的電阻R2 000 時(shí)電壓表的示數(shù)如圖乙所示讀出數(shù)據(jù),完成上表答:_,_.請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖丙中作出圖線.根據(jù)圖線求得該水果電池的電動(dòng)勢(shì)E_ V,內(nèi)阻r_ .【解析】(3).由圖示電壓表可知,電壓表的最小分度值為0.2 V,示數(shù)為0.37 V, V12.7 V1;.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)作出圖線,如圖乙所示;.在閉合電路中,EUIrUr,解得,圖線的斜率k,圖象的截距b,由以上可解得E1.0 V、r2.0103 .【答案】(1)電路圖如圖

11、1所示(3).0.372.7.圖線如圖2所示.1.0(0.91.1均可)2103(1.81032.2103均可)針對(duì)訓(xùn)練2某興趣小組要測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,他們找來了如下器材:A電流表G(量程為030 mA、內(nèi)阻未知)B電阻箱R(0999.9 )C滑動(dòng)變阻器R1(020 )D滑動(dòng)變阻器R2(01 k)E開關(guān)、導(dǎo)線若干F電源E(電動(dòng)勢(shì)約10 V)(1)要完成實(shí)驗(yàn),首先需測(cè)量電流表G的內(nèi)阻測(cè)量電流表G內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示:將下述實(shí)驗(yàn)過程補(bǔ)充完整a選擇器材,滑動(dòng)變阻器R應(yīng)該選取_R2_(選填“R1”或“R2”);b連接好電路,R的滑片應(yīng)調(diào)到_a_(選填“a”或“b”)端;c斷開S2,閉合S1,

12、調(diào)節(jié)R,使電流表G滿偏;d保持R不變,閉合S2,調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值,當(dāng)R10 時(shí),電流表G的示數(shù)為20 mA;如果認(rèn)為閉合S2前后干路上電流不變,則電流表G的內(nèi)阻Rg_5_.(2)在測(cè)出電流表內(nèi)阻Rg后,測(cè)定該電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的電路如圖乙所示閉合開關(guān)S,調(diào)整電阻箱R,讀取相應(yīng)的電流表示數(shù)I,記錄多組數(shù)據(jù)(R,I),得到如圖丙所示的R圖線,則電源的電動(dòng)勢(shì)E_9_V,內(nèi)阻r_40_.【解析】(1)電源的電動(dòng)勢(shì)約為10 V,電流表的滿偏電流為30 mA,則電路總電阻的最小值為Rmin 333.3 ,則滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇R2;閉合開關(guān)S1前,應(yīng)將滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻值調(diào)到最大,因此連接好電路后,滑

13、動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)調(diào)到a端;閉合S2后,由并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知,(IgI)RIRg,則Rg5 .(2)根據(jù)題圖乙,由閉合電路歐姆定律可知EI(RrRg),則R,則圖象的斜率k,圖象的截距為b,又由圖象可得k、b5,由以上可解得E9 V、r40 .【p148】考點(diǎn)突破例3國(guó)際規(guī)定自來水在15 時(shí)電阻率應(yīng)大于13 m.為測(cè)量15 時(shí)自來水的電阻率和電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻,某物理興趣小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路其中內(nèi)徑均勻的圓柱形玻璃管側(cè)壁連接一細(xì)管,細(xì)管上加有閥門K以控制管內(nèi)自來水的水量,玻璃管兩端接有電阻可忽略不計(jì)的導(dǎo)電活塞,左活塞固定,右活塞可自由移動(dòng)圖中R0為定值電阻,R為電阻箱,A為理想電流表,S

14、為單刀雙擲開關(guān),E為待測(cè)電源,此外實(shí)驗(yàn)中還備有游標(biāo)卡尺和刻度尺興趣小組的實(shí)驗(yàn)步驟如下:用游標(biāo)卡尺測(cè)量玻璃管的內(nèi)徑d;向玻璃管內(nèi)注滿自來水,用刻度尺測(cè)量水柱長(zhǎng)度,把S撥到1位置,記錄電流表示數(shù)I;把S撥到2位置調(diào)整電阻箱阻值,使電流表示數(shù)也為I,記錄電阻箱的阻值R;改變水柱長(zhǎng)度,重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟,讀出電阻箱示數(shù)R;把S撥到2位置不變,改變電阻箱的阻值R讀取對(duì)應(yīng)的電流值I;斷開S,整理好器材(1)以電阻箱示數(shù)R為縱軸,用對(duì)應(yīng)水柱長(zhǎng)度為橫軸作出一條直線若直線的斜率為k,則玻璃管內(nèi)水柱電阻率的表達(dá)式為_(2)把S撥到2位置不變,為測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,采用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),宜繪制出_關(guān)系圖象,處理較為簡(jiǎn)

15、單(3)實(shí)際的電流表有一定的內(nèi)阻,在本實(shí)驗(yàn)中它對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響分別是使水柱電阻率的測(cè)量值_;使電源電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值_;使電源內(nèi)阻的測(cè)量值_(填“偏大”“偏小”或“無變化”)【解析】(1)測(cè)電阻率時(shí)采用的是替代法,故R.又斜率為k,故有.(2)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)電阻時(shí)采用的是安阻法,由閉合電路歐姆定律知EI(rR0R),變形可得R,為處理簡(jiǎn)單宜作R圖象(3)由于采用替代法測(cè)量,故水的電阻率與電流表內(nèi)阻無關(guān);若設(shè)電流表內(nèi)阻為RA.由閉合電路歐姆定律知EI(rR0RRA),變形整理可得R,可見圖線的斜率不變,截距變大,故電流表有內(nèi)阻時(shí)電動(dòng)勢(shì)測(cè)量是準(zhǔn)確的,但電源內(nèi)阻的測(cè)量值會(huì)偏大【答案】(1)(2)R

16、(或R)(3)無變化無變化偏大針對(duì)訓(xùn)練3(1)如圖甲所示為某校興趣小組通過電流傳感器和計(jì)算機(jī)來測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)電路,其中R0為定值電阻,R為電阻箱,電流傳感器與計(jì)算機(jī)(未畫出)相連該小組成員通過實(shí)驗(yàn)記錄下電阻箱的阻值R和相應(yīng)的電流值I,經(jīng)計(jì)算機(jī)擬合得到如圖乙所示圖象,則該圖象選取了_為縱坐標(biāo),由圖乙中圖線可得該電源的電動(dòng)勢(shì)為_4.5_ V.(2)現(xiàn)有三個(gè)規(guī)格相同的小燈泡,標(biāo)稱值為“2.5 V0.6 A”,每個(gè)小燈泡的IU特性曲線如圖丙所示,將它們與圖甲中電源按圖丁所示的電路相連,閉合開關(guān)后,A燈恰好正常發(fā)光,則電源的內(nèi)阻r_2.5_ ,圖甲中定值電阻R0_2_ .【解析】(1)由閉合電

17、路歐姆定律可知,I;要與R形成一次函數(shù)關(guān)系,則縱坐標(biāo)只能取,則有,則題圖乙中圖線的斜率為k,則有E4.5 V.(2)由(1)知1 A1,則有R0r4.5 .燈泡正常發(fā)光的電流為0.6 A,則B、C兩燈的電流均為0.3 A,由題圖丙可知,B、C兩燈兩端的電壓為0.5 V,故路端電壓U2.5 V0.5 V3 V,則內(nèi)阻r 2.5 ,定值電阻R04.5 2.5 2 .考 點(diǎn) 集 訓(xùn)【p322】1用如圖所示電路,測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻電池的內(nèi)阻較小,為了防止在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)造成短路,電路中用一個(gè)定值電阻R0起保護(hù)作用除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外,可供使用的實(shí)驗(yàn)器材還有:A電流表(量程00.6 A、03

18、 A);B電壓表(量程03 V、015 V);C定值電阻(阻值2 、額定功率5 W);D定值電阻(阻值10 、額定功率10 W);E滑動(dòng)變阻器(阻值范圍010 、額定電流2 A);F滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0100 、額定電流1 A)(1)要正確完成實(shí)驗(yàn),電壓表的量程應(yīng)選擇_3_V,電流表的量程應(yīng)選擇_0.6_A;R0應(yīng)選擇_2_ 的定值電阻,R應(yīng)選擇阻值范圍是_010_ 的滑動(dòng)變阻器(2)引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要原因是_電壓表的分流_【解析】(1)由于電源是一節(jié)干電池(約1.5 V),所以選量程為3 V的電壓表;估算電流時(shí),不考慮到干電池的內(nèi)阻,只考慮保護(hù)電阻,最大電流也在1.0 A以下,小于量

19、程3 A的,所以選量程為0.6 A的電流表;由于電池內(nèi)阻較小,保護(hù)電阻不宜太大,選2 的即可,否則會(huì)使電流表、電壓表讀數(shù)范圍較小,造成較大的誤差;滑動(dòng)變阻器的最大阻值一般比電池內(nèi)阻大幾倍就能很好地控制電路中的電流和電壓,因此取010 范圍(2)由于電壓表的分流作用,使電流表讀數(shù)總是比干路電流小,造成E測(cè)E真,r測(cè)r,改變滑動(dòng)變阻器時(shí)無法達(dá)到電路中內(nèi)、外電阻相等,此時(shí)當(dāng)外電阻最接近內(nèi)阻時(shí),電源輸出功率最大,B正確;由圖乙可知,此時(shí)電源的路端電壓為1.0 V,電流為0.5 A,定值電阻上消耗的電功率PUI0.5 W,C正確;電源的效率,故電流越小效率越大,可見滑動(dòng)變阻器的滑片P滑到最右端時(shí)效率最大

20、,D錯(cuò)誤(3)圖線a與縱軸的交點(diǎn)即為電源電動(dòng)勢(shì)的值,故E1.5 V,由圖乙知,U11.0 V時(shí),I0.5 A,又EUIr,解得內(nèi)阻r1.0 .7某探究小組準(zhǔn)備用圖甲所示電路測(cè)量某電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,實(shí)驗(yàn)器材如下:待測(cè)電源(電動(dòng)勢(shì)約2 V),電阻箱R(最大阻值為99.99 ),定值電阻R0(阻值為2.0 ),定值電阻R1(阻值為4.5 k),電流表G(量程為0400 A,內(nèi)阻Rg500 ),開關(guān)S,導(dǎo)線若干(1)圖甲中將定值電阻R1和電流表G串聯(lián),相當(dāng)于把電流表G改裝成一個(gè)量程為_02_ V的電壓表(2)閉合開關(guān),多次調(diào)節(jié)電阻箱,并記下電阻箱的阻值R和電流表G的示數(shù)I.(3)分別用E和r表示電源

21、的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,則的關(guān)系式為_(用題中字母表示)(4)以為縱坐標(biāo),為橫坐標(biāo),探究小組作出圖象如圖乙所示根據(jù)該圖象求得電源的內(nèi)阻r0.50 ,則其電動(dòng)勢(shì)E_2.08_ V(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù))(5)該實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)E測(cè)與真實(shí)值E真相比,理論上E測(cè)_E真【解析】(1)將定值電阻R1和電流表G串聯(lián),相當(dāng)于把電流表G改裝成了一個(gè)電壓表,由部分電路歐姆定律可知UVI(RgR1)2 V.(3)電路中的總電流可表示為I總I,對(duì)閉合電路有EI總(rR0)I(R1Rg),聯(lián)立可解得.(4)由題圖乙中斜率k A1,解得E2.08 V.(5)根據(jù)公式可知該實(shí)驗(yàn)中電動(dòng)勢(shì)測(cè)量結(jié)果無系統(tǒng)誤差,故測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)E測(cè)與真實(shí)值E真相等- 15 -

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