《2019版高考物理一轮复习第八章恒定电流第5讲实验：测定电源的电动势和内阻学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019版高考物理一轮复习第八章恒定电流第5讲实验：测定电源的电动势和内阻学案（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第第 5 5 讲讲 实验：测定电源的电动势和内阻实验：测定电源的电动势和内阻微知识 1 实验目的测定电源的电动势和内阻。微知识 2 实验原理1用电压表、电流表、可变电阻(如滑动变阻器)测量。如图甲所示：测出两组U、I值，就能算出电动势和内阻。原理公式：EUIr。2用电流表、电阻箱测量。如图乙所示：测出两组I、R值，就能算出电动势和内阻。原理公式：EI(Rr)。甲 乙 丙3用电压表、电阻箱测量。如图丙所示：测出两组U、R值，就能算出电动势和内阻。原理公式：EUr。U R下面以图甲所示的方法介绍实验步骤和实验数据的处理方法。微知识 3 实验器材电池(待测电源)，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，
2、导线，坐标纸。微知识 4 实验步骤1确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好。2把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。3闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组电压、电流值。4断开开关，整理好器材。25数据处理：在坐标纸上作UI图线，求出E、r。微知识 5 数据处理1公式法：原则上，利用两组U、I数据，根据公式EUIr便可得到E、r，但这样误差较大，为减小误差，可测多次求平均值。2图象法：将多组U、I数据描在坐标纸上，利用图线求解电动势和内阻。(1)图线的纵坐标是路端电压，横坐标是干路电流，根据UEIr，图线是向下倾斜的直线
3、。(2)电阻的伏安特性曲线中，U与I成正比，前提是R保持一定，而这里的UI图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R的变化，才有I和U的变化。(3)实验中至少得到 5 组以上实验数据，画在坐标纸上拟合出一条直线。要使多数点落在直线上，且分布在直线两侧的点个数大致相等。(4)将图线延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就等于电动势。横轴截距点(路端电压U0)意味着短路情况，它的数值等于短路电流。特别提醒 (1)两个截距点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推得到的。(2)由于r一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r时选取直
4、线上相距较远的两点求得。微知识 6 注意事项1实验电路图：电流表和滑动变阻器串联后与电压表并联。2电流表一般选 00.6 A 挡，电压表一般选 03 V 挡。3电流不能过大，一般小于 0.5 A。4由于电池内阻一般较小，为使电压表读数有明显变化，可采用内阻较大的旧电池，或给电池串联一个定值电阻R0，测出等效内阻后再减掉R0即可。微知识 7 误差分析1系统误差：由于电压表的分流，电流表读数略小于干路总电流，使E、r测量值均小于真实值。2偶然误差：读数或作图不准确会产生偶然误差。一、思维辨析(判断正误，正确的画“” ，错误的画“” 。)1除了伏安法测电源电动势和内阻外还可以用电压表和滑动变阻器来测
5、电源的电动势和内阻。()2根据电源的UI图象可以求得电源的电动势和内阻。()二、对点微练31.(实验原理)(多选)用如图所示的电路测量电池电动势和内阻时，若有两只电压表V1、V2量程相同，内阻分别为RV1、RV2，且RV1RV2；两只电流表 A1、A2量程相同，内阻分别为RA1、RA2，且RA1RA2，在实验中，为了使E、r的测量值更精确一些，选择的电表应该是( )AV1与 A1 BV1与 A2CV2与 A1 DV2与 A2解析 由于电压表有分流作用，所以电阻越大分流作用越小，测量结果精确一些，故选项 A、B 正确。答案 AB 2(实物连线和数据处理)用电流表和电压表测电池的电动势和内阻，提供
6、的器材如图甲所示。(1)用实线代表导线把图甲中的实物连接成测量电路。(两节干电池串联作为电源，图中有部分线路已连好)(2)图乙中的 6 个点表示实验测得的 6 组电流I、电压U的值，按照这些实验值作出UI图线，由此图线求得的每节电池电动势E_V，每节电池的内阻r_。(结果保留三位有效数字)解析 (1)测量电路的实物连接图如图甲所示。4(2)按照实验值作出的UI图线如图乙所示。从图象可以得出，图线在U轴上的截距为 2.96 V，则每节电池的电动势为E 2.96 V1.48 V。图线斜率的绝对值为k1 20.727，即电源的内阻为r电0.727 ，每节电池的内阻为rr电0.364 2.962.0
7、1.321 2。答案 (1)见解析图甲(2)UI图线见解析图乙 1.48 0.364见学生用书 P135微考点 1 伏安法测电源电动势和内阻核|心|微|讲伏安法测电源的电动势和内阻的原理关系式是UEIr，其电路如图。典|例|微|探5【例 1】 在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中：(1)备有如下器材：A干电池 1 节B滑动变阻器(020 )C滑动变阻器(01 k)D电压表(03 V)E电流表(00.6 A)F电流表(03 A)G开关、导线若干其中滑动变阻器应选_，电流表应选_。(均填选项字母)(2)为了最大限度地减小实验误差，请在下面的虚线框中画出该实验最合理的电路图。(3)某同学
8、记录的实验数据如下表所示，试根据这些数据在图中画出UI图线，根据图线得到被测电池的电动势E_V，内阻r_。123456I/A0.100.150.200.250.300.40U/V1.321.261.181.131.040.93【解题导思】(1)实验中电压表的电阻对实验有何影响？答：电压表的分流作用使电动势的测量值偏小。(2)画出电源的UI图象，从图象如何求出电源的电动势和内阻？答：UI图象的纵截距表示电源的电动势，斜率的绝对值表示电源的内阻。 解析 (1)由于干电池的电动势只有 1.5 V，滑动变阻器应选 B，从测量的数据可以看出电流最大只有 0.4 A，电流表应选 E。6(2)电路图如图所示
9、。(3)作出的UI图象如图所示，从图象可以看出在U轴上的截距为 1.45 V，即电源的电动势为 1.45 V。图象斜率的绝对值为kU/I0.65/0.5 1.3 。答案 (1)B E (2)见解析图(3)UI图象见解析图 1.45 1.3题|组|微|练1用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约 6 V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有：电流表 A1(量程 030 mA)；电流表 A2(量程 0100 mA)；电压表 V(量程 06 V)；滑动变阻器R1(阻值 05 )；滑动变阻器R2(阻值 0300 )；开关 S 一个，导线若干条。某同学的实验过程如
10、下：设计如图甲所示的电路图，正确连接电路。7将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，I为横轴，得到如图乙所示的图线。断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变。重复的步骤，得到另一条UI图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0,0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)。回答下列问题：(1)电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(2)由图乙的图线，得电源内阻r_ 。(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx_，代入数值可得Rx。(4)若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到同一位置
11、，两种情况相比，电流表示数变化范围_，电压表示数变化范围_。(均填“相同”或“不同”)解析 (1)由题图乙知，电流最大不超过 100 mA，电流表选 A2。R 60 E I6 V 100 mA，滑动变阻器应选R2。(2)图线斜率绝对值等于电源内阻，r 25 。6.03.5 0.1(3)Rx改接B、C之间，作出UI图象，图线斜率绝对值为Rxr，因此Rxr。U0 I0(4)电流表测量干路电流，不论Rx接在什么位置，电路中的总电阻是相同的，根据I，可判断出电流表示数变化范围相同。电压表测量电路不同部分，根据UIR，可判E Rr8断出电压表示数变化范围不同。答案 (1)A2 R2 (2)25(3)r
12、(4)相同 不同U0 I02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中的_(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_。(均填选项字母)(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的坐标纸上，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/V1.451.401.301.251.201.10电流I/A0.0600.1
13、200.2400.2600.3600.4809(4)根据(3)问中所画图线可得出干电池的电动势E_ V，内阻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。下图的各示意图中正确反映PU关系的是_。(填选项字母)解析 (1)测量电源电动势和内阻实验中，由于干电池的内阻很小，电流表应内接，所以应该选择的实验电路为甲。(2)由于干电池的电动势大约为 1.5 V，所以电压表选择量程为 3 V 的，滑动变阻器选择 050 的。10(3)在图中标出第 2 组数据后，可以看出，除第 4 组数据所描点偏离直线较多外，其他5 组数据所描点都大致处于一条直线上，用直
14、尺过尽可能多的点作一直线，不在直线上的点尽可能分居直线两侧，得到干电池的伏安特性曲线。(4)根据闭合电路欧姆定律，EUIr，变化为UEIr。由此可知，干电池的伏安特性曲线在纵轴的截距数值等于电源电动势，斜率的绝对值等于电源内阻，所以电池的电动势E1.50 V，内阻r0.83 。(5)根据电源最大输出功率的条件，当外电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大。此时电压表示数等于电源电动势的一半，选项 C 正确。答案 (1)甲 (2)B C (3)如图(4)1.50(1.491.51) 0.83(0.810.85) (5)C微考点 2 测量电动势和内阻的其他方法核|心|微|讲1安阻法用一个电流表和电阻箱
15、测量，电路如图，测量原理为EI1(R1r)，EI2(R2r)，由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。112伏阻法用一个电压表和电阻箱测量，电路如图，测量原理为EU1r，EU2r，由此U1 R1U2 R2可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。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。ERV RVr4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时，测得 V1、V2的示数分别为U1、U2，此时，EU1U2r，RV为 V1的内阻；U1 RV再闭合 S，V1的示数为U1，此时EU1r，解方程组可求得E和r。U1 RV典|例|微|探【例 2】 某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材：一个12满偏电流为 100 A、内阻为 2 500 的表头，一个开关，两个电阻箱(0999.9 )和若干导线。(1)由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为 50 mA 的电流表，则应将表头与电阻
