【2019最新】精選高考物理必考實驗精細(xì)精講實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案

1、【 2019 最新】精選高考物理必考實驗精細(xì)精講實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案目錄課前預(yù)習(xí)·基礎(chǔ)落實課堂互動·考點突破課前預(yù)習(xí)·基礎(chǔ)落實【實驗?zāi)康摹?掌握用電壓表和電流表測定電源的電動勢和內(nèi)阻的方法。2學(xué)會用圖象法求電動勢和內(nèi)阻?！緦嶒炘怼?實驗依據(jù)：閉合電路歐姆定律。2實驗電路 ( 如圖實 1 所示 )3E和 r 的求解：由 UEIr 得，解得 E、r 。4用作圖法處理數(shù)據(jù)，如圖實2 所示。(1) 圖線與縱軸交點為 E；(2) 圖線與橫軸交點為 I 短；(3) 圖線的斜率表示 r | ?！緦嶒炂鞑摹侩姵?、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙和刻度尺

2、。【實驗步驟】歡迎下載。1電流表用 0.6 A 量程，電壓表用3 V 量程，按實驗電路圖連接好實物電路。2把變阻器的滑片移動到使接入電路阻值最大的一端。3閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)。記錄一組電流表和電壓表的示數(shù)，用同樣方法測量并記錄幾組I 、U值，并填入表格中。4. 斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材?！緮?shù)據(jù)處理】方法一：列方程組求解電動勢和內(nèi)阻的大小根據(jù)以上三組方程分別求出E、r ，再取其平均值作為電源的電動勢E 和內(nèi)阻 r 。方法二：用圖象法處理數(shù)據(jù)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 UI 坐標(biāo)系，在坐標(biāo)平面內(nèi)描出各組(I ，U)值所對應(yīng)的點，然后盡量多地通過

3、這些點作一條直線，不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側(cè)，則直線與縱軸交點的縱坐標(biāo)值即是電池電動勢的大小( 一次函數(shù)的縱軸截距 ) ，直線斜率的絕對值即為電池的內(nèi)阻r ，即 r | ?！菊`差分析】1偶然誤差(1) 由讀數(shù)不準(zhǔn)和電表線性不良引起誤差。(2) 用圖象法求 E 和 r 時，由于作圖不準(zhǔn)確造成的誤差。(3) 測量過程中通電時間過長或電流過大，都會引起E、r 變化。2系統(tǒng)誤差【2019最新】精選高考物理必考實驗精細(xì)精講實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案由于電壓表和電流表內(nèi)阻影響而導(dǎo)致的誤差。(1) 如圖實 1 所示，在理論上 EU(IV IA)r ，其中電壓表示數(shù) U是準(zhǔn)確的電源兩端電壓。而

4、實驗中忽略了通過電壓表的電流IV而形成誤差，而且電壓表示數(shù)越大，IV越大當(dāng)電壓表示數(shù)為零時，IV0，IAI 短，短路電流測量值真實值。如圖實 3 所示，可知 E 測 E 真， r 測 r 真。(2) 若采用如圖實 4 甲所示的電路， IA 為電源電流真實值，理論上有EUUAIAr ，其中 UA 不可知而造成誤差，而且電流表示數(shù)越大， UA 越大。當(dāng)電流為零時， UA0，電壓為準(zhǔn)確值，等于 E，如圖實 4 乙所示，可知 E 測 E 真， r 測 r 真。【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 1 號干電池 ) 。2干電池在大電流放電時，電動勢會明顯

5、下降，內(nèi)電阻會明顯增大，因此在實驗中不要將電流I 調(diào)得過大，讀數(shù)要快，每次讀完立即斷電。3在畫 UI圖線時，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。4干電池內(nèi)阻較小時路端電壓U 的變化也較小，即不會比電動勢小很多，這時，在畫 UI 圖線時，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始 ( 橫坐標(biāo) I必須從零開始 ) 。但這時圖線和橫軸的交點不再是短路電流Im，不過斜率的絕對值仍是電源的內(nèi)電阻。課堂互動·考點突破- 3-/11- 3-/11考點一實驗原理與數(shù)據(jù)處理 例 1 ( 四川理綜 ) 用實驗測一電池的內(nèi)阻 r 和

6、一待測電阻的阻值 Rx。已知電池的電動勢約 6 V，電池內(nèi)阻和待測電阻阻值都為數(shù)十歐?？蛇x用的實驗器材有：電流表 A1(量程 030 mA)；電流表 A2(量程 0100 mA)；電壓表 V(量程 06 V) ；滑動變阻器 R1(阻值 05 ) ；滑動變阻器 R2(阻值 0300 ) ；開關(guān) S 一個，導(dǎo)線若干條。某同學(xué)的實驗過程如下：. 設(shè)計如圖實 5 所示的電路圖，正確連接電路。. 將 R的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)，逐次調(diào)小R 的阻值，測出多組U和I 的值，并記錄。以 U為縱軸， I 為橫軸，得到如圖實 6 所示的圖線。 . 斷開開關(guān)，將 Rx 改接在 B、C之間， A 與 B 直接相連，其

7、他部分保持不變。重復(fù)的步驟，得到另一條 UI 圖線，圖線與橫軸 I 的交點坐標(biāo)為(I0 ，0) ，與縱軸 U的交點坐標(biāo)為 (0 ，U0)?；卮鹣铝袉栴}：(1) 電流表應(yīng)選用 _，滑動變阻器應(yīng)選用 _；(2) 由圖乙的圖線，得電源內(nèi)阻 r _；(3) 用 I0 、U0 和 r 表示待測電阻的關(guān)系式Rx_，代入數(shù)值可得Rx；【2019最新】精選高考物理必考實驗精細(xì)精講實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案(4) 若電表為理想電表， Rx 接在 B、C之間與接在 A、B 之間，滑動變阻器滑片都從最大阻值位置調(diào)到某同一位置，兩種情況相比，電流表示數(shù)變化范圍 _，電壓表示數(shù)變化范圍 _。( 選填“相同”或“不

8、同” ) 解析(1) 電路總電阻可能的最小值約為 20 ，則回路中可能的最大電流 ImA300 mA，可見，電流表應(yīng)選用A2。若選用滑動變阻器R1，電路中電流變化范圍太窄， 并且當(dāng) R1連入電路阻值最大時，電路中電流仍可能會超過電流表A2 的量程，故應(yīng)選用 R2。(3) 圖乙中， UI 圖線的斜率的絕對值等于電源內(nèi)阻，由圖象可知：r 25 。(3) 由題意可知， Rxr ，則 Rx r 。(4) 若電表為理想電表， Rx接在 B、C或 A、B 之間，對干路中電流無影響，故電流表示數(shù)變化范圍相同，很顯然，電壓表示數(shù)變化范圍不相同。 答案 (1)A2R2(2)25(3) r(4)相同不同考點二儀器

9、選擇與電路連接 例 2 ( 天津理綜 ) 用電流表和電壓表測定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組 ( 電動勢約 4.5 V ，內(nèi)電阻約 1 ) 的電動勢和內(nèi)電阻，除待測電池組、電鍵、導(dǎo)線外，還有下列器材供選用：A電流表：量程0.6 A ，內(nèi)電阻約 1 B電流表：量程3 A ，內(nèi)電阻約 0.2 C電壓表：量程3 V ，內(nèi)電阻約 30 k - 5-/11- 5-/11D電壓表：量程6 V ，內(nèi)電阻約60 kE滑動變阻器：01 000，額定電流0.5 AF滑動變阻器：020，額定電流2 A(1) 為了使測量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，電流表應(yīng)選用_，電壓表應(yīng)選用_，滑動變阻器應(yīng)選用 _(均填儀器的字母代號 ) 。(2)

10、 如圖實 7 為正確選擇儀器后，連好的部分電路。為了使測量誤差盡可能小，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) 。(3) 實驗時發(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變阻器，重新連接電路，仍能完成實驗。實驗中讀出幾組電阻箱的阻值 R和對應(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) 為了防止電源急劇放電時產(chǎn)生極化現(xiàn)象而引起電動勢的下降，一般在測電源電動勢與內(nèi)電阻時，電源的放電電流控制在0.5 A 以內(nèi)，故電流表應(yīng)選用 A；

11、因三節(jié)干電池的總電動勢約為 4.5 V ，故選用量程是 6 V 的電壓表 D；總阻值為 20 的滑動變阻器 F 可使電路中的最小電流約為 Imin 0.225 A ，而滑動變阻器 E 阻值太大，故滑動變阻器應(yīng)選用 F。(2) 因電流表內(nèi)阻 rA1 與電源內(nèi)阻大致相等且未知， 故需采用電流表外接法，以避免電流表內(nèi)阻引起的系統(tǒng)誤差，原理圖如圖，【2019最新】精選高考物理必考實驗精細(xì)精講實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案故需將 a 與 d、c 與 g、f 與 h 相連。(3) 用伏阻法測電源電動勢與內(nèi)電阻時， 由閉合電路歐姆定律有 EUr ，由此可得· ( 或· ) 、UEr &

12、#183;( 或 U)、· R( 或 RE·r) ，故可以得到、 U、 R等線性圖線。 答案 (1)ADFa dcgfh見解析考點三創(chuàng)新實驗剖析一、實驗方案的創(chuàng)新本實驗也可利用一只電流表和一個電阻箱進(jìn)行測量或利用一只電壓表和一個電阻箱進(jìn)行測量。1用一個電流表和電阻箱測量，電路如圖實8 所示，測量原理為： EI1(R1 r) ，EI2(R2 r) ，由此可求出E 和 r ，此種方法使測得的電動勢無偏差，但內(nèi)阻偏大。2用一個電壓表和電阻箱測量，電路如圖實9 所示，測量原理為：EU1r ，EU2r 。由此可求出 r 和 E，此種方法測得的電動勢和內(nèi)阻均偏小。 例 3( 課標(biāo) )

13、利用如圖實 10 所示電路，可以測量電源的電動勢和內(nèi)阻，所用的實驗器材有：待測電源，電阻箱R(最大阻值 999.9 ) ，電阻 R0(阻值為 3.0 ) ，電阻 R1(阻值為 3.0 ) ，電流表 A(量程為 200 mA，內(nèi)阻為 RA6.0 ) ，開關(guān) S。實驗步驟如下：將電阻箱阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān) S；- 7-/11- 7-/11多次調(diào)節(jié)電阻箱，記下電流表的示數(shù)I 和電阻箱相應(yīng)的阻值R；以為縱坐標(biāo)， R 為橫坐標(biāo)，作 R圖線 ( 用直線擬合 ) ；求出直線的斜率k 和在縱軸上的截距b?；卮鹣铝袉栴}：(1)分別用 E 和 r表示電源的電動勢和內(nèi)阻，則與R 的關(guān)系式為 _。(2)實驗得到的部

14、分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示，其中電阻R3.0 時電流表的示數(shù)如圖實 11 所示，讀出數(shù)據(jù)，完成下表。答：_，_。(3) 在圖實 12 的坐標(biāo)紙上將所缺數(shù)據(jù)點補充完整并作圖， 根據(jù)圖線求得斜率 k_A1·1，截距 b_A1。(4) 根據(jù)圖線求得電源電動勢 E_V，內(nèi)阻 r _。 解析(1) 由閉合電路歐姆定律有 EIRA(I )(R R0r) ，整理得 RRA (r R0) ，代入數(shù)據(jù)得 R(5.0 r) 。(2) 由題意知該電流表的最小分度為2 mA，由題圖實 11 可得讀數(shù)為 110 mA，考慮到表格內(nèi)各組數(shù)據(jù)的單位及有效數(shù)字位數(shù)，故結(jié)果應(yīng)為0.110 A 。 9.09 A 1。(3) 描點

15、作圖如圖所示，由圖線可得 k A 1·11.0 A 11，b6.0 A 1。(4) 由 R(5.0 r) 可知 k， b(5.0 r) ，將 k1.0 A 11、b60 A1 代入可得 E3.0 V ，r 1.0 。 答案【2019最新】精選高考物理必考實驗精細(xì)精講實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案(1) RRA(r R0) 或 R(5.0 r)(2) 0.110 9.09(3) 圖見解析1.0( 在 0.96 1.04 之間均對 )6.0( 在 5.9 6.1 之間均對 )(4)3.0(在 2.7 3.3 之間均對 )1.0( 在 0.6 1.4 之間均對 )二、實驗原理的遷移運用

16、例 4( 東北聯(lián)考 ) 某同學(xué)要用電阻箱和電壓表測量某水果電池組的電動勢和內(nèi)阻，考慮到水果電池組的內(nèi)阻較大，為了提高實驗的精確度，需要測量電壓表的內(nèi)阻。實驗中恰好有一塊零刻度在中央的雙向電壓表，該同學(xué)便充分利用這塊電壓表，設(shè)計了如圖實13 所示的實驗電路，既能實現(xiàn)對該電壓表的內(nèi)阻的測量，又能利用該表完成水果電池組電動勢和內(nèi)阻的測量。他用到的實驗器材有：待測水果電池組 ( 電動勢約 4 V，內(nèi)阻約 50 ) 、雙向電壓表 ( 量程為 2 V，內(nèi)阻約為 2 k ) 、電阻箱 (0 9 999 ) 、滑動變阻器 (0 200 ) ，一個單刀雙擲開關(guān)及若干導(dǎo)線。(1) 該同學(xué)按如圖實 13 所示電路圖

17、連線后，首先測出了電壓表的內(nèi)阻。請完善測量電壓表內(nèi)阻的實驗步驟： 將 R1的滑動觸片滑至最左端，將 S 撥向 1 位置，將電阻箱阻值調(diào)為 0；調(diào)節(jié) R1的滑動觸片，使電壓表示數(shù)達(dá)到滿偏；保持 _不變，調(diào)節(jié) R2，使電壓表的示數(shù)達(dá)到 _；讀出電阻箱的阻值，記為 R2，則電壓表的內(nèi)阻 RV_。(2) 若測得電壓表內(nèi)阻為2 k，可分析此測量值應(yīng) _真實值。 ( 填- 9-/11- 9-/11“大于”、“等于”或“小于” )(3) 接下來測量電源電動勢和內(nèi)阻，實驗步驟如下：將開關(guān) S 撥至 _(填“ 1”或“ 2”) 位置，將 R1的滑動觸片移到最_端，不再移動；調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電壓表的示數(shù)達(dá)到一

18、個合適值，記錄下電壓表的示數(shù)和電阻箱的阻值；重復(fù)第二步，記錄多組電壓表的示數(shù)及對應(yīng)的電阻箱的阻值。(4) 若將電阻箱與電壓表并聯(lián)后的阻值記錄為R，作出圖象，則可消除系統(tǒng)誤差，如圖實 14 所示，其中截距為 b，斜率為 k，則電動勢的表達(dá)式為 _，內(nèi)阻的表達(dá)式為 _。 解析(1) 由題圖可知，當(dāng) S 撥向 1 位置，滑動變阻器 R1 在電路中為分壓式接法，利用電壓表的半偏法得：調(diào)節(jié) R1 使電壓表滿偏，保持 R1 不變，R2 與電壓表串聯(lián)，調(diào)節(jié)R2使電壓表的示數(shù)達(dá)到半偏( 或最大值的一半 ) ，電壓表的內(nèi)阻 R1與電阻箱示數(shù) R2相同。(2) 由閉合電路歐姆定律可知，調(diào)節(jié) R2 變大使電壓表達(dá)到半偏的過程中，總電阻值變大，干路總電流變小，由 EI ·r U 外得： U外變大，由電路知：U外 U并 U右，變阻器的滑動觸片右側(cè)電壓 U右 I ·R右變小