（通用版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第52課時(shí) 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻（實(shí)驗(yàn)增分課）講義（含解析）.doc

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第52課時(shí)　測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻(實(shí)驗(yàn)增分課) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 2．加深對(duì)閉合電路歐姆定律的理解。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．如圖甲或乙所示，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.用圖像法處理數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上以I為橫坐標(biāo)、U為縱坐標(biāo)，用測(cè)出的幾組I、U值畫出UI圖像，如圖丙所示，直線跟縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)表示電源電動(dòng)勢(shì)E的值，圖線斜率的絕對(duì)值即內(nèi)阻r的值。 三、實(shí)驗(yàn)器材 電池、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙和刻度尺。 謹(jǐn)記部分器材用途 電壓表、電流表 測(cè)定路端電壓和電路中電流 滑動(dòng)變阻器 改變電路中的電流和路端電壓 刻度尺 畫出UI圖線 　　四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．電流表用0.6 A量程，電壓表用3 V量程，按實(shí)驗(yàn)原理圖甲或乙連接好電路。 2．把滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)到接入電路阻值最大的一端。 3．閉合開關(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)量出6組I、U的值。填入表格中。 第1組 第2組 第3組 第4組 第5組 第6組 U/V I/A 4.斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材。 五、數(shù)據(jù)處理 1．公式法 將6組對(duì)應(yīng)的U、I數(shù)據(jù)代入關(guān)系式：U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r、…，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，取其平均值作為電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。 2．圖像法 在坐標(biāo)紙上以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立UI坐標(biāo)系，在坐標(biāo)系內(nèi)描出各組(I，U)值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后作一條使落在線上的點(diǎn)盡量多的直線，不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)，則直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為電源電動(dòng)勢(shì)的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線的斜率絕對(duì)值即為電源的內(nèi)阻r，即r＝。 六、誤差分析 1．偶然誤差 (1)由于讀數(shù)不準(zhǔn)和電表線性不良引起誤差。 (2)用圖像法求E和r時(shí)，由于作圖不準(zhǔn)確造成誤差。 (3)實(shí)驗(yàn)時(shí)通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或電流過(guò)大，都會(huì)引起E、r變化。 2．系統(tǒng)誤差 (1)若采用圖甲電路，由于電壓表的分流作用造成誤差，電壓值越大，電壓表的分流越多，對(duì)應(yīng)的I真與I測(cè)的差值越大。其UI圖像如圖丁所示。 結(jié)論：E測(cè)r真。 七、注意事項(xiàng) 1．為了使電池的路端電壓變化明顯，應(yīng)選內(nèi)阻大些的電池(選用已使用過(guò)一段時(shí)間的干電池)。 2．在實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過(guò)大，每次讀完U和I的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開電源，以免干電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象嚴(yán)重，使得E和r明顯變化。 3．要測(cè)出不少于6組的(I，U)數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些。 4．畫UI圖線時(shí)，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始(橫坐標(biāo)I必須從零開始)。但這時(shí)圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值不再是短路電流，而圖線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值仍為電源電動(dòng)勢(shì)，圖線斜率的絕對(duì)值仍為內(nèi)阻。 考法一　實(shí)驗(yàn)原理和操作 1．某興趣小組探究用不同方法測(cè)定干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，他們提出的實(shí)驗(yàn)方案中有如下四種器材組合。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果盡可能準(zhǔn)確，最不可取的一組器材是(　　) A．一個(gè)電流表、一個(gè)電壓表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器 B．一個(gè)電壓表和多個(gè)定值電阻 C．一個(gè)電流表和一個(gè)電阻箱 D．兩個(gè)電流表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器 解析：選D　由E＝U＋I(xiàn)r、E＝IR＋I(xiàn)r、E＝U＋r知，要測(cè)量E和r，需要測(cè)出多組U、I或I、R或U、R值，選項(xiàng)A、B、C均可滿足測(cè)量需要，選項(xiàng)D中R無(wú)法測(cè)出，最不可取。 2．在測(cè)一節(jié)干電池(電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V，內(nèi)阻約為2 Ω)的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，電壓表和滑動(dòng)變阻器各有兩個(gè)供選擇： A．電壓表量程為15 V B．電壓表量程為3 V C．滑動(dòng)變阻器為0～20 Ω，3 A D．滑動(dòng)變阻器為0～500 Ω，0.2 A 電壓表應(yīng)該選________(填“A”或“B”)，這是因?yàn)開_______________________。 滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選________(填“C”或“D”)，這是因?yàn)開__________________________ ________________________________。 解析：待測(cè)干電池電動(dòng)勢(shì)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(yīng)該選B；D滑動(dòng)變阻器阻值范圍太大而且額定電流過(guò)小，調(diào)節(jié)不方便，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選C。 答案：B　A電壓表量程過(guò)大，讀數(shù)誤差較大　C　D滑動(dòng)變阻器阻值范圍太大而且額定電流過(guò)小，調(diào)節(jié)不方便 電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材的選取必須考慮安全性、準(zhǔn)確性，以及易操作性。具體以電表來(lái)說(shuō)就是，量程足夠或?yàn)榱藴p小誤差允許量程稍微偏小一些，而相同量程的電壓表內(nèi)阻越大或電流表內(nèi)阻越小時(shí)越接近理想電表?！　? 考法二　數(shù)據(jù)處理和誤差分析 3．在“測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中： (1)按圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，用筆畫線代替導(dǎo)線把圖乙中的實(shí)物電路連接完整。 (2)圖丙是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的UI圖像，由圖可知，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。 解析：(1)實(shí)物電路圖如圖所示。 (2)由題圖丙可知，電源的UI圖像與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值是1.5，則電源電動(dòng)勢(shì)E＝1.5 V，電源內(nèi)阻r＝＝Ω＝1 Ω。 答案：(1)見解析圖　(2)1.5　1 4．要精確測(cè)量一個(gè)直流電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，有下列實(shí)驗(yàn)器材可供選擇： A．待測(cè)電源(電動(dòng)勢(shì)約為4.5 V，內(nèi)阻約為2 Ω) B．電流表A1(量程為0.6 A，內(nèi)阻為1 Ω) C．電壓表V1(量程為15 V，內(nèi)阻為3 kΩ) D．電壓表V2(量程為3 V，內(nèi)阻為2 kΩ) E．定值電阻R1＝500 Ω F．定值電阻R2＝1 000 Ω G．滑動(dòng)變阻器R(阻值范圍為0～20 Ω) H．開關(guān)及導(dǎo)線若干 (1)該實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選________，定值電阻應(yīng)選________(均選填器材前面的序號(hào))。 (2)在方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。 (3)若將滑動(dòng)變阻器滑到某一位置，讀出此時(shí)電壓表讀數(shù)為U，電流表讀數(shù)為I，從理論上分析，電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r間的關(guān)系式應(yīng)為E＝________________。 解析：(1)待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)約為4.5 V，用量程為15 V的電壓表V1讀數(shù)誤差大，選用量程為3 V的電壓表V2，需串聯(lián)電阻擴(kuò)大量程，串聯(lián)的定值電阻R＝RV＝1 000 Ω。故電壓表應(yīng)選D，定值電阻應(yīng)選F。 (2)如圖所示。 (3)由(1)中電壓表量程擴(kuò)大方法知，電壓表讀數(shù)為U時(shí)，路端電壓為U，由閉合電路的歐姆定律，對(duì)甲圖，有E＝U＋(1＋r)I，對(duì)乙圖，有E＝U＋r。 答案：(1)D　F　(2)見解析圖 (3)U＋(1＋r)I或U＋r 5．某同學(xué)利用理想電壓表和電阻箱測(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(R0＝5 Ω)一個(gè)，開關(guān)兩個(gè)，導(dǎo)線若干，實(shí)驗(yàn)原理圖如圖甲。 (1)在圖乙的實(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： ①檢查并調(diào)節(jié)電壓表指針指零；調(diào)節(jié)電阻箱，示數(shù)如圖丙所示，讀得電阻值是________； ②將開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2斷開，電壓表的示數(shù)是1.49 V； ③將開關(guān)S2________，電壓表的示數(shù)是1.16 V；斷開開關(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)果保留兩位有效數(shù)字)。 解析：(1)如圖所示。 (2)①由題圖丙讀得電阻箱阻值為R＝20 Ω；②將S1閉合、S2斷開，電壓表示數(shù)為電源電動(dòng)勢(shì)E＝1.49 V；③將S2閉合，電壓表示數(shù)1.16 V為R兩端電壓。 (3)因電壓表為理想電表，則干路電流I＝＝ A＝0.058 A。因?yàn)镮＝，所以r＝－R0－R＝Ω≈0.69 Ω。 答案：(1)見解析圖　(2)①20 Ω?、坶]合　(3)0.69 Ω [例1]　(2018江蘇高考)一同學(xué)測(cè)量某干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 (1)圖1所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時(shí)的實(shí)驗(yàn)電路。請(qǐng)指出圖中在器材操作上存在的兩個(gè)不妥之處。 (2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電阻箱阻值R和電流表示數(shù)I，以及計(jì)算的數(shù)據(jù)見下表： R/Ω 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 I/A 0.15 0.17 0.19 0.22 0.26 /A－1 6.7 5.9 5.3 4.5 3.8 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(jì)算出該干電池的電動(dòng)勢(shì)為________V；內(nèi)阻為________Ω。 (3)為了得到更準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，在測(cè)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(dāng)電流表的示數(shù)為0.33 A時(shí)，電壓表的指針位置如圖3所示，則該干電池的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為________V；內(nèi)阻應(yīng)為________Ω。 [三步化“新”為“熟”] 1．本題實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 2．根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝IR＋I(xiàn)r，推導(dǎo)出R＝E－r，畫出R圖像，則圖線的斜率為電動(dòng)勢(shì)E，縱軸截距的絕對(duì)值為內(nèi)阻r。 3．通過(guò)電阻箱改變R，測(cè)出每一個(gè)電阻值對(duì)應(yīng)的電流I，并取倒數(shù)，在坐標(biāo)紙上建立R坐標(biāo)，描點(diǎn)并畫出圖像。 [解析]　(1)在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，連接電路時(shí)應(yīng)將開關(guān)斷開，電阻箱的阻值調(diào)為最大，以確保實(shí)驗(yàn)儀器、儀表的安全。 (2)根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝I(R＋r)，整理可得R＝－r＝E－r，即R圖像為直線，描點(diǎn)連線后圖像如圖所示。 根據(jù)圖像可知r＝1.2 Ω，圖像的斜率為電動(dòng)勢(shì)E，在R圖像上取兩點(diǎn)(2,1.58)、(5,5.71)，則E＝ V≈1.38 V。 (3)題圖3的讀數(shù)為6610－3 V，根據(jù)歐姆定律，得電流表的內(nèi)阻rA＝＝ Ω＝0.2 Ω，由E＝I(R＋r′＋rA)得R＝E－(r′＋rA)，R圖像的斜率仍為電動(dòng)勢(shì)E，即E＝1.38 V，而干電池的內(nèi)阻應(yīng)為r′＝r－rA＝1.0 Ω。 [答案]　(1)開關(guān)未斷開；電阻箱阻值為零。 (2)見解析圖　1.38　1.2　(3)1.38　1.0 [例2]　某同學(xué)在做“測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中，給電源串聯(lián)了一只R0＝1.5 Ω的保護(hù)電阻，實(shí)驗(yàn)電路如圖(a)所示。 (1)用完好的導(dǎo)線連好電路后，該同學(xué)閉合開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為零，電壓表示數(shù)不為零，檢查發(fā)現(xiàn)各接線柱均未接錯(cuò)，且接觸良好。他用多用電表的電壓擋檢查電路。 ①在使用多用電表前，發(fā)現(xiàn)指針不在左邊“0”刻度處，應(yīng)先調(diào)整圖(b)中多用電表的________(選填“A”“B”或“C”)。 ②將兩表筆分別接b、c，d、e時(shí)，示數(shù)均為零，兩表筆接c、d時(shí)，示數(shù)與電壓表示數(shù)相同，由此可推斷故障原因是__________________。 (2)排除故障后，該同學(xué)順利完成實(shí)驗(yàn)，測(cè)得下列數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描出了對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，如圖(c)所示，請(qǐng)畫出UI圖像。 I/A 0.10 0.17 0.25 0.30 0.40 U/V 1.20 1.00 0.80 0.60 0.55 (3)由UI圖像求出實(shí)驗(yàn)中電源的電動(dòng)勢(shì)E＝_______V，內(nèi)阻r＝________Ω。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) (4)本次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是__________________________________________。 [三步化“新”為“熟”] 1．本題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，但首先要用多用電表檢查電路故障。 2．根據(jù)E＝U＋I(xiàn)r，U＝E－Ir可知，UI圖像的縱軸截距為電源電動(dòng)勢(shì)，斜率的絕對(duì)值為內(nèi)阻。 3．通過(guò)實(shí)驗(yàn)電路的原理可分析出實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源。 [解析]　(1)①開始時(shí)指針不在左邊“0”刻度時(shí)應(yīng)進(jìn)行機(jī)械調(diào)零，故應(yīng)調(diào)節(jié)A(指針定位螺絲)進(jìn)行調(diào)節(jié)。②電流表示數(shù)為零，電壓表示數(shù)不為零，則電流表或滑動(dòng)變阻器斷路，用多用電表的電壓擋檢查電路，把兩表筆分別接b、c，d、e時(shí)，示數(shù)均為零，兩表筆接c、d時(shí)，示數(shù)與電壓表示數(shù)相同，說(shuō)明c、d之間斷路，即滑動(dòng)變阻器斷路。 (2)由描點(diǎn)作圖法得出UI圖像如圖所示。 (3)UI圖線是一條傾斜的直線，縱軸截距為1.50，所以電源電動(dòng)勢(shì)E＝1.50 V，圖線的斜率絕對(duì)值k＝＝Ω≈2.89 Ω，所以內(nèi)阻r＝(2.89－1.5)Ω＝1.39 Ω。 (4)由題圖(a)可知，將保護(hù)電阻作為內(nèi)阻處理后，電壓表并聯(lián)在電源兩端，故電壓表示數(shù)準(zhǔn)確，但由于電壓表內(nèi)阻的影響而導(dǎo)致電流表示數(shù)偏小，故誤差原因是電壓表分流。 [答案] 　(1)①A　②滑動(dòng)變阻器斷路　(2)見解析圖　(3)1.50(1.40～1.60均可)　1.39(1.17～1.61均可)　(4)電壓表分流 [創(chuàng)新角度歸納] 創(chuàng)新角度 創(chuàng)新解讀 實(shí)驗(yàn)原理 的拓展 換用不同的器材，可以用“安阻法”和“伏阻法”進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 安阻法　　　　　　　伏阻法 　　　　　 實(shí)驗(yàn)器材 的替代 (1)可用電阻箱替代滑動(dòng)變阻器 (2)可用電壓表和定值電阻替代電流表，也可用電流表和定值電阻替代電壓表 數(shù)據(jù)處理 的創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)中除了作UI圖像，還可作R圖像， 圖像等，只要能列出函數(shù)關(guān)系，找出斜率、截距即可