《高考物理一轮复习第八章实验十测定电源的电动势和内阻学案（含解析）.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习第八章实验十测定电源的电动势和内阻学案（含解析）.doc（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验十测定电源的电动势和内阻主干梳理 对点激活1测定电源的电动势和内阻。2掌握用图象法求电动势和内阻。闭合电路欧姆定律，实验原理图如图所示。电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔等。1电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按实验原理图所示连接好电路。2把滑动变阻器的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一端。3闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)。用同样方法测量几组I、U值，填入表格中。4断开开关，拆除电路，整理好器材。1公式法取上表六组对应的U、I数据，数据满足关系式U1EI1r、U2EI2r、U3EI3r，让第1式和第4式
2、联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，分别取平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小。2图象法以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立UI坐标系，在坐标平面内描出各组(I，U)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，如图所示，使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，与横轴交点的横坐标为短路电流I短，直线的斜率的绝对值即为电池的内阻r，即r。1偶然误差(1)由读数不准引起误差。(2)用图象法求E和r时，由于作图不准确造成的误差。(3)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变
3、化。2系统误差由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。(1)如图甲所示，在理论上EU(IVIA)r，其中电压表示数U是路端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大。即：U真U测I真I测IVI测结论：当U测0时，I真I测，用U真、I真画出乙图中右侧的修正图，由图可以看出：E真E测，r真r测。从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻R断开时，a、b两点间电压Uab等于电动势E测，此时电源与电压表构成回路，所以UabE真，即E测r真。从电路的角度
4、看，r测r真RA。由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的误差非常大。1为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选稍大些(选用已使用过一段时间的干电池)。2在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得E和r明显变化。3测出不少于6组I和U的数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，类似于逐差法，要将测出的UI数据中，第1和第4组为一组，第2和第5组为一组，第3和第6组为一组，分别解出E、r值再求平均值。4在画UI图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线两侧，可舍弃个别离直线较远的点，以减小偶然误差。
5、5干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况，使下部大面积空间得不到利用。为此，可使纵坐标不从零开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)，如图乙所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小。此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线与纵轴交点的纵坐标仍为电动势。要在直线上任取两个相距较远的点，用r，计算出电池的内阻r。以上测量方法一般称为伏安法，测电源的电动势和内阻还有以下几种方法：1安阻法(1)实验原理用一个电流表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为：EI1(R1r)，EI2(R2r)，由此可求出E和r，或用图象法处理数据。此种方法使
6、测得的电动势无偏差，但内阻偏大。若已知电流表的阻值可消除测内阻的系统误差。(2)图象法处理数据2伏阻法(1)实验原理用一个电压表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为：EU1r，EU2r，由此可求出r和E，或用图象法处理数据。此种方法测得的电动势和内阻均偏小。(2)图象法处理数据3粗测法 用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源电动势，此时UE，需满足RVr。4双伏法用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示。测量方法为：断开S，测得V1、V2的示数分别为U1、U2，此时，EU1U2r，RV为V1的内阻；再闭合S，V1的示数为U1，此时EU1r，解方程组可求得E
7、和r。考点细研 悟法培优考点1实验原理与器材选择例1利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻。要求尽量减小实验误差。(1)应该选择的实验电路是图1中的_(选填“甲”或“乙”)。(2)现有电流表(00.6 A)、开关和导线若干，以及以下器材：A电压表(015 V)B电压表(03 V)C滑动变阻器(050 )D滑动变阻器(0500 )实验中电压表应选用_；滑动变阻器应选用_。(填相应器材前的字母)(3)某位同学记录的6组数据如表所示，其中5组数据的对应点已经标在图2，请标出余下一组数据的对应点，并画出UI图线。序号123456电压U(V)1.451.401.301.251.201.10电流I
8、(A)0.0600.1200.2400.2600.3600.480(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E_ V，内电阻r_ 。(5)实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化。下列示意图中正确反映PU关系的是_。尝试解答(1)甲_(2)B_C_(3)如图所示_(4)1.50(1.491.51均可)_0.83(0.810.85均可)_(5)C。(1)干电池内阻相对一般电流表内阻而言较小，为减小电流表分压带来的系统误差，故应选甲。(2)干电池电动势约为1.5 V，电压表选B可减小读数误差，滑动变阻器应选C，若选D，由于总阻值较大，则滑片滑动时移动范围
9、小，不便调节。(3)图线应为直线，作图时使尽量多的点在线上，不在线上的点应均匀分布在线的两侧，误差较大的点舍去。(4)由UEIr可得图象上的纵轴截距E1.50 V，斜率的绝对值r0.83 。(5)输出功率PUI2，PU图线应为开口向下的抛物线，C正确。变式1(2018重庆七校模拟)为了测量一节干电池的电动势和内电阻，某实验小组设计了如图甲所示的电路，实验室准备了下列器材供选用：A待测干电池一节B直流电流表A1(量程00.6 A，内阻约为0.1 )C直流电流表A2(量程03 A，内阻约为0.02 )D直流电压表V1(量程03 V，内阻约为5 k)E直流电压表V2(量程015 V，内阻约为25 k
10、)F滑动变阻器R1(阻值范围为015 ，允许最大电流为1 A)G滑动变阻器R2(阻值范围为01000 ，允许最大电流为2 A)H开关I导线若干(1)实验中电压表应选用_；电流表应选用_；滑动变阻器应选用_。(填仪器前的字母代号)(2)实验小组在进行实验时，开始滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上开关S后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表才有读数，于是该组同学分别作出了电压表读数U与x、电流表读数I与x的关系图，如图乙所示，则根据图象可知，电池的电动势为_ V，内阻为_ 。答案(1)DBF(2)1.50.5解析(1)干电池电动势约为1.5 V，结合图乙中给出的数据，电压表选V1，
11、电流表选A1，为方便实验操作，滑动变阻器选总阻值较小的R1。(2)根据图乙中两图对应的滑动变阻器长度相等时的电压和电流可以知道：当I10.2 A时，U11.4 V当I20.4 A时，U21.3 V根据UEIr得E1.5 V，r0.5 。考点2数据处理与误差分析例2某同学用下列器材测电源的电动势和内阻。待测电源E(电动势约为3 V，内阻约为2.5 )；电流表A(量程为00.6 A，内阻约为0.5 )；电阻箱R(最大阻值为99.9 )；开关S，导线若干。(1)在虚线框中画出实验电路图。该同学根据正确的电路图，正确连接电路，规范操作。(2)第一次测量：调节电阻箱R，示数为R1时，读取电流表示数I1，
12、示数为R2时，读取电流表示数I2。则电源电动势的计算式E_，内阻的计算式r_。(3)第二次测量：调节电阻箱R的阻值，记录多组电流表的读数I和电阻箱的对应读数R，以为纵坐标，R为横坐标，根据测量数据作出如图所示的R图线，则电源电动势E_ V，内阻r_ 。(4)关于该实验，下列说法正确的是_。A由于电流表有内阻，会使电源内阻的测量值存在系统误差B由于电流表有内阻，会使电源电动势的测量值存在系统误差C第二次测量中的数据处理方式可以减小偶然误差D第一次测量中，若测有三组数据，则可求得电源电动势E和内阻r及电流表内阻RA尝试解答(1)如图所示(2)(3)33(4)AC。(1)本实验所给电表只有一个电流表
13、，有一个电阻箱，可知应该将电流表和电阻箱通过开关接到电源两端，通过改变电阻箱阻值来改变电流，再计算电源的电动势和内阻。(2)由闭合电路欧姆定律可得：EI(rR)，将I1和R1、I2和R2分别代入联立求解可得电源电动势E，内阻r。(3)由EI(rR)，变形可得R，故R图象的斜率是，所以可得电源的电动势为3 V。由题图可得，当R0时，I1 A，故可得内阻为3 。(4)由于电流表有内阻，则有EI(rRRA)，分析可知，r测r实RA，故A正确；由EI(rRRA)变形可得R，故R图象的斜率是，即电源的电动势的测量值不受电流表内阻的影响，B错误；利用图象法处理实验数据，可以减小偶然误差，C正确；在本实验中
14、，无论测量几组数值都无法测出RA，D错误。变式2(2018豫南九校联考)甲同学做“测量电源的电动势与内阻”的实验。(1)把多用电表的选择开关拨向“直流电压10 V”挡，再将两表笔分别与干电池的两极接触。其中红表笔应与电池的_(填“正”或“负”)极接触；此时表盘如图1所示，则读数为_ V。(2)为了更精确地测量，甲同学又用电阻箱、多用电表(仍选电压挡)、开关和导线连成图2所示电路。闭合开关S，改变电阻箱接入电路的阻值R，读出多用电表的示数U，用E表示电源电动势，r表示内阻，请选用上述恰当物理量，写出甲同学所测电路中电源电动势和内阻的关系式_。(3)从实验原理来分析，电动势的测量值_(填“”“”或“”)真实值。答案
