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1、2022年高考物理 考前指導(dǎo) 測定電源的電動勢和內(nèi)電阻
實驗一、測定電源電動勢的內(nèi)阻
實驗
目的
1.掌握用電壓表和電流表測定電源電動勢的內(nèi)阻的方法與原理;
2.學(xué)習(xí)掌握用U一I圖象處理數(shù)據(jù)的方法。
實驗
器材
電壓表、電流表、滑動變阻器、電池、電鍵和導(dǎo)線
【實驗原理】
如圖所示,改變R的阻值,從電壓表和電流表中讀出幾組I、U值,利用閉合電路歐姆定律求出幾組E、r值,最后分別算出它們的平均值。
用作圖法來處理數(shù)據(jù):即在坐標(biāo)紙上以I為橫坐標(biāo)、U為縱坐標(biāo),用測出的幾組I、U值畫出U一I圖象。如圖所示.所得直線跟縱軸的交點即為電動勢值,圖線斜率的絕對值即為內(nèi)電阻r的值。
2、
【實驗步驟】
1.電流表用0. 6 A量程,電壓表用3V量程,按圖連接好電路;
2.把變阻器的滑動片移到使阻值最大的一端;
3.閉合電鍵,調(diào)節(jié)變阻器,使電流表有明顯示數(shù),記錄一組數(shù)據(jù)(I、U),用同樣方法測量幾組I、U值,記錄在自己設(shè)計的表格中;
4.打開電鍵,整理好器材;
5.處理數(shù)據(jù),用公式法和作圖法兩種方法求出電動勢和內(nèi)電阻的值。
【數(shù)據(jù)處理】
圖象法處理實驗數(shù)據(jù)
1.本實驗中,為了減少實驗誤差,一般用圖象法處理實驗數(shù)據(jù),即根據(jù)各次測出的U、I值,做圖像.所得圖線延長線與U軸的交點即為電動勢E,圖線斜率的絕對值即為電源的內(nèi)阻r,即,如圖所示。
3、
2.應(yīng)注意當(dāng)電池內(nèi)阻較小時,U的變化較小,圖象中描出的點呈現(xiàn)如圖甲所示狀態(tài),下面大面積空間得不到利用,所描得點及做出的圖線誤差較大。為此,可使縱軸不從零開始,如圖乙所示,把縱坐標(biāo)比例放大,可使結(jié)果誤差小些。此時,圖線與縱軸的交點仍代表電源的電動勢,但圖線與橫軸的交點不再代表短路狀態(tài),計算內(nèi)阻要在直線上選取兩個相距較遠(yuǎn)的點,由它們的坐標(biāo)值計算出斜率的絕對值,即為內(nèi)阻r。
【誤差分析】
實驗電路的設(shè)計有如圖所示的甲、乙兩種情況、該實驗采取的是乙種情況。現(xiàn)分析如下:
若采用圖甲電路,根據(jù)閉合電路的歐姆定律,有
解得
若考慮電流表和電壓表內(nèi)阻,則
4、應(yīng)有
解得
比較得
雖然測得電源電動勢E的測量值是準(zhǔn)確的,但由于電源內(nèi)阻r與電流表內(nèi)阻相差不大,故內(nèi)阻r的測量誤差太大,所以不能采用該電路。
若采用圖乙電路,考慮電流表和電壓表內(nèi)阻,根據(jù)閉合電路歐姆定律,有
解得
比較得,但由于很大,故誤差較小,所以實驗采用的是該電路。
從以上分析可以看出,當(dāng)采用圖甲電路時,誤差來源于電流表的分壓,雖然電動勢的測量是準(zhǔn)確的,但電源內(nèi)阻的測量誤差太大當(dāng)采用圖乙電路時,誤差來源于電壓表的分流,雖然電動勢和內(nèi)阻的測量都小于真實值,但誤差很小。
【注意事項】
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間的干電池);
2.
5、電池在大電流放電時極化現(xiàn)象較嚴(yán)重,電動勢E會明顯下降,內(nèi)阻r會明顯增大,故長時間放電不宜超過0.3 A,短時間放電不宜超過0.5 A,因此,實驗中不要將I調(diào)得過大,讀電表要快,每次讀完后應(yīng)立即斷電;
3.測出不少于6組I、U數(shù)據(jù),且變化范圍要大些,用方程組求解,要將測出的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,分別解出E、r值再求平均值;
4.畫出U一I圖,要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側(cè),個別偏離直線太遠(yuǎn)的點可舍去不予考慮。這樣,就可使偶然誤差得到部分抵消,從而提高精確度;
5.計算內(nèi)阻要在直線上任取兩個相距較遠(yuǎn)的點,用計算出電源的內(nèi)阻
6、。
【xx高考突破】
1.(7分)圖為測量某電源電動勢和內(nèi)阻時得到的U-I圖線.用此電源與三個阻值為3Ω的電阻連接成電路,測得路端電壓為4.8V.則該電路可能為 ( )
2.(7分)用圖所示電路測量電池電動勢和內(nèi)阻時,若有兩只電壓表V1、V2量程相同,內(nèi)阻分別為RV1、RV2,且RV1>RV2;兩只電流表A1、A2量程相同,內(nèi)阻分別為RA1、RA2,且RA1>RA2,在實驗中,為了使E、r的測量值精確些,選擇的電表可以是 ( )
A.V1與A1 B.V1與A2
C.V2與A1 D.V2與A2
【答案】 AB
3.(9分)用如圖所示電路,測定
7、一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻.電池的內(nèi)阻較小,為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路,電路中用一個定值電阻R0起保護作用.除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外,可供使用的實驗器材還有:
(a)電流表(量程0.6A、3A)
(b)電壓表(量程3V、15V)
(c)定值電阻(阻值1Ω、額定功率5W)
(d)定值電阻(阻值10Ω、額定功率10W)
(e)滑動變阻器(阻值范圍0~10Ω、額定電流2A)
(f)滑動變阻器(阻值范圍0~100Ω、額定電流1A).
那么
(1)要正確完成實驗,電壓表的量程應(yīng)選擇________V,電流表的量程應(yīng)選擇________A;R0應(yīng)選擇________Ω的定值電阻,R應(yīng)
8、選擇阻值范圍是________Ω的滑動變阻器.
(2)引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是______________________.
4.(9分)某同學(xué)通過查找資料自己動手制作了一個電池.該同學(xué)想測量一個這個電池的電動勢E和內(nèi)電阻r,但是從實驗室只借到一個開關(guān)、一個電阻箱(最大阻值為999.9Ω,可當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電阻用)、一只電流表(量程Ig=0.6A,內(nèi)阻rg=0.1Ω)和若干導(dǎo)線.
①請根據(jù)測定電動勢E和內(nèi)電阻r的要求,設(shè)計圖1中器件的連接方式,畫線把它們連接起來.
②接通開關(guān),逐次改變電阻箱的阻值R,讀出與R對應(yīng)的電流表的示數(shù)I,并作記錄.當(dāng)電阻箱的阻值R=2.6Ω時,其對應(yīng)的電流
9、表的示數(shù)如圖2所示.處理實驗數(shù)據(jù)時,首先計算出每個電阻值I的倒數(shù);再制作R—坐標(biāo)圖,如圖3所示,圖中已標(biāo)注出了(R,)的幾個與測量對應(yīng)的坐標(biāo)點.請你將與圖2實驗數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標(biāo)點也標(biāo)注在圖3上.
③在圖3上把描繪出的坐標(biāo)點連成圖線.
④根據(jù)圖3描繪出的圖線可得出這個電池的電動勢E=__________V,內(nèi)電阻r=__________Ω.
5.(9分)圖1是利用兩個電流表和測量干電池電動勢E和內(nèi)阻r的電路原理圖.圖中S為開關(guān),R為滑動變阻器,固定電阻R1和內(nèi)阻之和為10000Ω(比r和滑動變阻器的總電阻都大得多),為理想電流表.
(1)按電路原理圖在圖2虛線框內(nèi)各實物圖之間畫出連
10、線.
(2)在閉合開關(guān)S前,將滑動變阻器的滑動端c移動至__________(填“a端”、“中央”或“b端”).
(3)閉合開關(guān)S,移動滑動變阻器的滑動端c至某一位置,讀出電流表和的示數(shù)I1和I2.多次改變滑動端c的位置,得到的數(shù)據(jù)為
I1(mA)
0.120
0.125
0.130
0.135
0.140
0.145
I2(mA)
480
400
320
232
140
68
在圖3所示的坐標(biāo)紙上以I1為縱坐標(biāo)、I2為橫坐標(biāo)畫出所對應(yīng)的I1—I2曲線.
(4)利用所得曲線求得電源的電動勢E=__________V,內(nèi)阻r=__________Ω.(保留
11、兩位小數(shù))
(5)該電路中電源輸出的短路電流Im=__________A.
【答案】 (1)連線如圖1所示. (2)b端 (3)如圖2所示.
(4)1.49(在1.48~1.50范圍內(nèi)同樣給分) 0.60(在0.55~0.65范圍內(nèi)同樣給分)
(5)2.5(在2.3~2.7范圍內(nèi)同樣給分)
6.(12分)測量電源的電動勢E及內(nèi)阻r(E約為6V,r約為1.5Ω).器材:量程3V的理想電壓表V,量程0.6A的電流表A(具有一定內(nèi)阻),固定電阻R=8.5Ω,滑動變阻器R′(0~10Ω),開關(guān)S,導(dǎo)線若干.
(1)畫出實驗電路原理圖.圖中各元件需用題目中給出的符號或字母標(biāo)出.
(2)
12、用筆畫線代替導(dǎo)線在下圖中完成實線連接.
(3)實驗中,當(dāng)電流表讀數(shù)為I1時,電壓表讀數(shù)為U1;當(dāng)電流表讀數(shù)為I2時,電壓表讀數(shù)為U2,則可以求出E=________,r=________.(用I1,I2,U1,U2及R表示)
【答案】 (1)(2)如圖
(3)?。璕
7.(12分)用伏安法測一節(jié)干電池的電動勢E和內(nèi)電阻r,所給的器材有:
A電壓表:0~3V~15V
B電流表:0~0.6A~3A
C變阻器R1(總電阻20Ω)
D變阻器R2(總電阻100Ω);以及電鍵S和導(dǎo)線若干.
(1)畫出實驗電路圖(標(biāo)明變阻器規(guī)格).
(2)如圖所示的U—I圖上是由實驗測得的7組數(shù)
13、據(jù)標(biāo)出的點,請你完成圖線,并由圖線求出E=________V,r=________Ω.
(3)若只選用兩組數(shù)據(jù),用歐姆定律算出E、r,有可能誤差較大,若選用第________和第________組數(shù)據(jù)誤差最大.
【解析】 (1)電路圖如答案圖
(2)如圖,由縱軸截距可得電動勢E=1.5V,由r=||,可得干電池的內(nèi)阻r=0.5Ω.
(3)5、6組數(shù)據(jù)誤差較大.
【答案】 (1)電路圖如圖所示
(2)圖見解析 1.5 0.5 (3)5 6
8.(12分)按右圖所示的電路測量兩節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組的電動勢E和內(nèi)阻r,其中R為電阻箱,R0為定值電阻,干電池的工作電流不宜
14、超過0.5A.實驗室提供的器材如下:電流表(量程0~0.6~3.0A),電阻箱(阻值范圍0~999.9Ω),定值電阻若干,開關(guān)、導(dǎo)線若干.
(1)在下面提供的四個電阻中,保護電阻R0應(yīng)選用________(填寫阻值相應(yīng)的字母).
A.5Ω B.20Ω C.100Ω D.1Ω
(2)根據(jù)電路圖,請在圖甲中畫出連線,將器材連接成實驗電路.
(3)實驗時,改變電阻箱R的值,記錄下電流表A的示數(shù)I,得到若干組R、I的數(shù)據(jù).根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出如圖乙所示的R-圖線,由此得出電池組的電動勢E=________V,內(nèi)電阻r=________Ω.按照此實驗方法,電動勢的測量值與真實值相
15、比________,內(nèi)電阻的測量值與真實值相比________.(填“偏大”、“偏小”、“相等”)
(3)2.9~3.0 0.9~1.1 相等 偏大
9.(12分)右圖是測定電流表內(nèi)電阻實驗的電路圖,電流表的內(nèi)電阻約為100Ω左右,滿偏電流為500μA,有電池作電源.
(1)實驗室配有的可變電阻是
A.電阻箱,阻值范圍為0~10Ω
B.電阻箱,阻值范圍為0~9999Ω
C.電位器,阻值范圍為0~200Ω
D.電位器,阻值范圍為0~20kΩ
在上述配有的可變電阻中,電路圖中的R′應(yīng)選用________;R應(yīng)選用________(填字母代號).
(2)某學(xué)生的實驗步驟如下
16、:
①先將R的阻值調(diào)到最大,合上S1,調(diào)節(jié)R的阻值,使電流表的指針指到滿刻度
②合上S2,調(diào)節(jié)R′和R的阻值,使電流表的指針指到滿刻度的一半
③記下R′的阻值
指出上述實驗步驟中有什么錯誤?
答:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(3)如果按正確實驗步驟測得的R′的阻值為100Ω,已知電流表的滿偏電流為500μA,現(xiàn)在要把它
17、改裝成2V的電壓表,則串聯(lián)的分壓電阻R串為________Ω.
10.(13分)現(xiàn)有一塊59C2型的小量程電流表G(表頭),滿偏電流為50μA,電阻約為800Ω~850Ω,把它改裝成1mA、10mA的兩量程電流表.可供選擇的器材有:
滑動變阻器R1,最大阻值為20Ω;滑動變阻器R2,最大阻值為100kΩ;電阻箱R′,最大阻值9999Ω;定值電阻R0,阻值1kΩ;電池E1,電動勢1.5V;電池E2,電動勢3.0V;電池E3,電動勢4.5V(所有電池內(nèi)阻均不計);標(biāo)準(zhǔn)電流表A,滿偏電流1.5mA;單刀單擲開關(guān)S1和S2;單刀雙擲開關(guān)S3、S4;電阻絲及導(dǎo)線若干.
(1)采用如下圖(甲)所示電路測量表頭的內(nèi)阻,為提高測量精確度,選用的滑動變阻器為________;選用的電池為________.
(2)將G改裝成兩量程電流表.現(xiàn)有兩種備選電路,如圖(乙)、(丙)所示.圖________為合理電路,另一電路不合理的理由是______________________________________________.