高二物理 第二章第9節(jié) 實驗：測定電源的電動勢和內(nèi)阻知識精講 新人教版選修3-1

1、高二物理 第二章第9節(jié) 實驗：測定電源的電動勢和內(nèi)阻知識精講 新人教版選修3-1 一、學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、知道測量電源電動勢和內(nèi)阻的方法，掌握科學(xué)測量的主要步驟。2、會用科學(xué)的方法處理實驗數(shù)據(jù)，掌握公式法和圖象法，了解本實驗誤差的主要來源及減小辦法。3、重點掌握與本部分內(nèi)容相關(guān)的重要習(xí)題類型及其解法。二、重點、難點：重點：對測定電源電動勢與內(nèi)阻實驗原理的理解。 難點：測定電源電動勢和內(nèi)阻的實驗誤差分析。 測定電源電動勢和內(nèi)阻實驗原理伏安法安阻法伏阻法誤差分析偶然誤差 系統(tǒng)誤差數(shù)據(jù)處理 多次測量及求平均值圖象法處理 知識點一、實驗原理的理解和實驗器材的選擇的問題：例1：用如圖所示的電路測定一節(jié)蓄電池的

2、電動勢和內(nèi)阻。蓄電池的內(nèi)阻非常小，為防止調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中用了一個保護電阻R 0，除蓄電池、開關(guān)、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1、額定功率5W ） D. 定值電阻（阻值10、額定功率10W ）E. 滑動變阻器（阻值范圍010、額定電流2A ） F. 滑動變阻器（阻值范圍0200、額定電流1A ） （1）電流表和電壓表各選哪個？（2）定值電阻選用哪個？滑動變阻器選用哪個？ 說明你選擇的理由。 答案：（1）電流表：03A，電壓表：03V（2）定值電阻選用=1R 0，滑動變阻器選用R

3、10母題遷移 1. 可用理想電壓表、理想電流表、變阻器R 以及開關(guān)S 和導(dǎo)線等器材來測量某一電源E 的電動勢和內(nèi)阻。下面給出了四個電路圖（如圖所示），圖中“”“”代表電源的正、負極或電表的正、負接線柱。正確的電路圖是（ ）。 答案：B知識點二、實驗操作的規(guī)范性及注意事項問題：例2：某學(xué)生用電流表和電壓表測干電池的電動勢和內(nèi)阻時，所用滑動變阻器的阻值范圍為020，連接電路的實物圖如圖所示。 （1）該學(xué)生接線中錯誤的和不規(guī)范的做法是（ ）。 A. 滑動變阻器不起變阻作用 B. 電流表接線有錯 C. 電壓表量程選用不當(dāng) D. 電壓表接線不妥（2）在下面虛線框里畫出這個實驗的正確電路圖。答案：（1）A

4、 、D（2）這個實驗正確的電路圖應(yīng)該如圖所示。 母題遷移 2. 在“測定電池電動勢和內(nèi)阻”的實驗中，正確的操作順序是_。 A. 斷開開關(guān)B. 按電路圖連接電路C. 移動滑動變阻器的滑動觸片，使電流表有較明顯的讀數(shù)，記錄一組電流、電壓讀數(shù) D. 把變阻器的滑動觸片滑到一端，使電阻最大 E. 閉合開關(guān)F. 再移動滑動變阻器的滑動觸片，不斷減小電阻，記錄多組電流表、電壓表讀數(shù) 答案：BDECFA知識點三、實驗數(shù)據(jù)的處理與誤差分析問題：例3：用電流表和電壓表測定電池的電動勢E 和內(nèi)阻r ，所用電路如圖（a ）所示，一位同 （1）試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖（b ）中作出U I 圖線。 （2）根據(jù)圖線求出電池的電

5、動勢E _V，電池的內(nèi)阻r _。 （3）若不作出圖線，只選用其中兩組U 和I 的數(shù)據(jù)，用公式E U Ir 列方程求E 和r ，這樣做可能得出誤差很大的結(jié)果，其中選用第_組和第_組的數(shù)據(jù)，求得的E 和r 誤差最大。答案：（1）如圖所示 （2）1.46 0.72 （3）3 4母題遷移 3. 用圖象法計算電動勢和內(nèi)阻時，先要描點，就是在U I 坐標(biāo)系中描出與每組I 、U 值對應(yīng)的點，以下說法正確的是（ ）A. 這些點應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確地分布在一條直線上，即U I 圖線應(yīng)通過每個點 B. 這些點應(yīng)當(dāng)基本在一條直線上，由于偶然誤差不能避免，所以U I 圖線不可能通過每一個點C. 畫U I 圖線時，應(yīng)當(dāng)使它通過盡可

6、能多的描出的點 D. 不在U I 圖線上的點應(yīng)大致均衡地分布在圖線的兩側(cè)E. 個別偏離直線太遠的點，應(yīng)當(dāng)舍去，不在U I 圖線上的點應(yīng)大致均衡地分布在圖線的兩側(cè)F. 偏離直線的點，應(yīng)當(dāng)舍去 答案：B 、C 、D 、E知識點四、實驗原理的拓展與方法的創(chuàng)新：例4：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)想測量一下這個電池的電動勢E 和內(nèi)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999.9，可當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電阻用）、一只電流表（量程A 6. 0I g =，內(nèi)阻=1. 0r g ）和若干導(dǎo)線。 （1）請根據(jù)測定電動勢E 和內(nèi)阻r 的要求，設(shè)計如下圖中器件的連接方式，畫線把它們連接起來。

7、 （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 2.6時，其對應(yīng)的電流表的示數(shù)如圖甲所示。處理實驗數(shù)據(jù)時，首先計算出每個電流值I的倒數(shù)I1，再制作I1R -坐標(biāo)圖，如圖乙所示，圖中已標(biāo)注出了I 1, R 的幾個與測量對應(yīng)的坐標(biāo)點。請你將與圖甲實驗數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標(biāo)點也標(biāo)注在圖乙上。（3）在圖乙上把描繪出的坐標(biāo)點連成圖線。 （4）根據(jù)圖乙描繪出的圖線可得出這個電池的電動勢E _V，內(nèi)阻r _。 甲 乙答案：（1）見圖丙 （2）見圖丁 （3）見圖丁 （4）1.5（1.461.54） 0.3（0.250.35） 丙丁母題遷移 4. 有兩只電壓表和

8、，量程已知，電阻未知。另有一干電池，它的內(nèi)阻不能忽略，但不知等于多少，其電動勢數(shù)值不超出電壓表的量程，干電池不許拆開?，F(xiàn)給你上述兩只電壓表、一個開關(guān)S 和若干導(dǎo)線。請設(shè)計一個測量上述干電池電動勢E 的實驗方案。（1）畫出測量電路圖。（2）實驗中應(yīng)測定的物理量是：_。（3）以測得的物理量為已知量，導(dǎo)出計算干電池電動勢的公式E _。答案：（1）如圖所示。 （2）211U , U , U ''（3）1121U U U U '-' 測定電源的電動勢和內(nèi)阻是高中電學(xué)實驗的重要組成部分，本部分內(nèi)容學(xué)習(xí)的關(guān)鍵在于掌握測定電源電動勢和內(nèi)阻的實驗原理及誤差分析，特別在原理基礎(chǔ)上的

9、拓展遷移應(yīng)做重點掌握，應(yīng)通過具體的題目練習(xí)進行強化，提高解決實驗題的綜合能力。 一、預(yù)習(xí)新知期中知識體系復(fù)習(xí)二、預(yù)習(xí)點撥探究任務(wù)一：電場的力及能的性質(zhì)：【反思】1、電場內(nèi)容涉及哪些重要的物理規(guī)律？2、電場各部分內(nèi)容之間存在什么樣的聯(lián)系？探究任務(wù)二：穩(wěn)恒電流內(nèi)容復(fù)習(xí)：【反思】1. 穩(wěn)恒電流部分涉及哪些重要的物理規(guī)律？2. 多用電表及測定電源電動勢和內(nèi)阻的實驗原理是什么？（答題時間：45分鐘） 1. 若要測定電池的電動勢和內(nèi)阻，已有待測電池、開關(guān)和導(dǎo)線，再配合下列哪組儀器，可以達到實驗?zāi)康模?）A. 一只電流表和一個電阻箱B. 一只電流表、一只電壓表和一個滑動變阻器C. 一只電壓表和一個電阻箱D.

10、 一只電流表和一個滑動變阻器2. 下列給出多種伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻的數(shù)據(jù)，處理方法既能減小偶然誤差，又直觀、簡便的是（ ）A. 測出兩組I 、U 的數(shù)據(jù)，代入方程組r I U E 11+=和r I U E 22+=求出E 和rB. 多測幾組I 、U 的數(shù)據(jù)，求出幾組E 、r 的值，最后分別求出其平均值C. 測出多組I 、U 的數(shù)據(jù)，畫出U I 圖象，再根據(jù)圖象求出E 、rD. 多測幾組I 、U 的數(shù)據(jù)，分別求出I 和U 的平均值，用電壓表測出斷路時的路端電壓即為電動勢E ，再用閉合電路歐姆定律求出電池內(nèi)阻r3. 如圖所示的圖線表示某電池組的輸出電壓與電流的關(guān)系（U I 圖線），根據(jù)圖象，

11、下列分析正確的是（ ） A. 電源的電動勢為50VB. 電源的電動勢為30VC. 電源的內(nèi)阻為 325 D. 電源的短路電流為6A4. 用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，下列注意事項中正確的是（ ）A. 應(yīng)選用新的干電池作為被測電源，以使電壓表示數(shù)的變化比較明顯B. 應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電壓表和電流表C. 移動滑動變阻器的滑片時，不能使滑動變阻器短路，以免造成電流過載D. 根據(jù)實驗記錄的數(shù)據(jù)作U I 圖象時，應(yīng)通過盡可能多的點畫一條直線，并使不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側(cè)5. 某同學(xué)欲采用如圖所示的電路完成相關(guān)實驗，圖中電流表A 的量程為00.6A，內(nèi)阻約為0.1；電壓表V 的量程為03

12、V，內(nèi)阻約為6k ；G 為小量程電流表；電源電動勢約為3V ，內(nèi)阻較小，則下列電路中正確的是（ ） 6. 利用電壓表和電流表測一節(jié)干電池的電動勢E 和內(nèi)阻r ，電路如圖所示，圖中R 1為粗調(diào)滑動變阻器，R 2為微調(diào)滑動變阻器，實驗得到四組數(shù)據(jù)如表中所示。 （1）表中數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，可以確定電動勢E _V，內(nèi)阻r _。（2）現(xiàn)有滑動變阻器：A （10 1A ），B （500 0.5A ），C （500 0.1A ）。那么在本次實驗中，滑動變阻器R 1應(yīng)選用_，R 2應(yīng)選用_。（填“A ”“B ”或“C ”）7. （1）如圖甲、乙所示為測電流的電動勢和內(nèi)阻的電路，在實驗時應(yīng)選用_電路。 （2）選好電

13、路后，由于電流表和電壓表內(nèi)電阻對電路的影響，所測得的電動勢將偏_。（3）根據(jù)實驗測得的一系列數(shù)據(jù)，畫出U I 圖（如圖丙所示），則被測干電池的電動勢為_V，內(nèi)阻為_。8. 測量電源的電動勢E 和內(nèi)阻r （E 約為4.5V ，r 約為1.5）。器材：量程3V 的理想電壓表V ，量程0.5A 的電流表A （具有一定內(nèi)阻），定值電阻R 4，滑動變阻器R ，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）實驗中，當(dāng)電流表讀數(shù)為I 1時，電壓表讀數(shù)為U 1；當(dāng)電流表讀數(shù)為I 2時，電壓表讀數(shù)為U 2，則可以求出E _，r _。（用I 1，I 2，U 1，U

14、2及R 表示）9. 如圖所示的電路可用于測量電池E 的內(nèi)阻r 。電池的電動勢未知，圖中A 是電流表，其內(nèi)阻并不是很小，V 為電壓表，其內(nèi)阻亦不是很大，R 是一限流電阻，阻值未知，3個開關(guān)S 1、S 2、S 3都處于斷開狀態(tài)。 （1）寫出測量電池內(nèi)阻的實驗步驟，用適當(dāng)?shù)姆柋硎驹摬襟E中應(yīng)測量的物理量：_。（2）用所測得的物理量表示電池內(nèi)阻的表達式為r _。10. 甲同學(xué)設(shè)計了如圖（a ）所示的電路測電源電動勢E 及電阻R 1和R 2的阻值。實驗器材有：待測電源E （不計內(nèi)阻），待測電阻R 1，待測電阻R 2，電壓表V （量程為1.5V ，內(nèi)阻很大），電阻箱R （099.99），單刀單擲開關(guān)S 1

15、，單刀雙擲開關(guān)S 2，導(dǎo)線若干。（1）先測電阻R 1的阻值。請將甲同學(xué)的操作補充完整：閉合S 1，將S 2切換到a ，調(diào)節(jié)電阻箱，讀出其示數(shù)r 和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U 1；保持電阻箱示數(shù)不變，_，讀出電壓表的示數(shù)U 2，則電阻R 1的表達式為R 1_。（2）甲同學(xué)已經(jīng)測得電阻R 14.8，繼續(xù)測電源電動勢E 和電阻R 2的阻值。該同學(xué)的做法是：閉合S 1，將S 2切換到a ，多次調(diào)節(jié)電阻箱，讀出多組電阻箱示數(shù)R 和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U ，由測得的數(shù)據(jù)，繪出了如圖（b ）所示的R1U 1-圖線，則電源電動勢E _V，電阻R 2_。（3）利用甲同學(xué)設(shè)計的電路和測得的電阻R 1，乙同學(xué)測電源電動勢E 和

16、電阻R 2的阻值的做法是：閉合S 1，將S 2切換到b ，多次調(diào)節(jié)電阻箱，讀出多組電阻箱示數(shù)R 和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U ，由測得的數(shù)據(jù)，繪出了相應(yīng)的1R R 1U 1+-圖線，根據(jù)圖線得到電源電動勢E 和電阻R 2，這種做法與甲同學(xué)的做法比較，由于電壓表測得的數(shù)據(jù)范圍_（填“較大”“較小”或“相同”），所以_同學(xué)的做法更恰當(dāng)些。 1. ABC 解析：由閉合電路歐姆定律Ir U E +=知，A 、B 、C 正確，D 錯誤。2. C 解析：A 只能測量兩組數(shù)據(jù)求出E 、r ，偶然誤差較大；B 中計算E 、r 平均值雖然能減小誤差，但太繁瑣；D 中分別求I 、U 的平均值是錯誤的方法。3. A 解析：

17、由U I 圖象知：E 50V ，因坐標(biāo)原點為（0，20），故I 6A 不是電池組的短路電流，=-=562050I U r 。 4. CD 解析：應(yīng)選內(nèi)阻大的舊電池，應(yīng)用內(nèi)阻大的電壓表和內(nèi)阻小的電流表，故A 、B 不正確；操作過程中不能使電路短路，作圖線時應(yīng)使各點盡量多地落在直線上，其他點大致均衡分布在直線兩側(cè)，故C 、D 正確。5. AB 解析：伏安法測電阻要求連接電流表時采用“大內(nèi)小外”的原則以保證實驗精度，且一般采用測量三次計算平均值的方法，所以用限流法即可，A 對。電源內(nèi)阻僅3，較小，B 對。描繪燈泡伏安特性曲線要求電壓從0開始且有足夠多的數(shù)據(jù)，滑動變阻器連成分壓式，C 錯。半偏法測電阻

18、電路，要求與表頭并聯(lián)的電阻能夠精確讀數(shù)，D 錯。6. （1）1.5 3 （2）B A 解析：根據(jù)表中數(shù)據(jù)作U I 圖線，即可求得電動勢和內(nèi)阻；大電阻用于粗調(diào)，小電阻用于微調(diào)。解析：（1）由于電池內(nèi)阻較小，與電流表內(nèi)阻差不多，應(yīng)選圖乙可減小誤差。（2）由于電壓表的分流，根據(jù)全電路歐姆定律可求得測量值E 與真實值E 0的關(guān)系是V 0r r 1E E +=（r1.0-1.5k 為內(nèi)阻。 8. （1）見解析 （2）211221I I U I U I - R I I U U 2112- 解析：本題考查實驗原理及數(shù)據(jù)處理。（1）實驗中，由于電流表具有一定的未知阻值的電阻，所以應(yīng)將電流表內(nèi)接，電路中最大電流

19、即電流表A 的量程為0.5A ，電源內(nèi)電壓最大約為V 75. 0V 5. 15. 0=，路端電壓最小為V 75. 3V 75. 0V 5. 4=-，而電壓表量程為3V 。因此須將電阻R 置于并聯(lián)的測量電路外，這樣電壓表的電壓=+-=V 45. 1(5. 0V 5. 4U1.75V ，小于電壓表量程。所以實驗原理圖為如圖所示。 （2）由實驗原理圖可得： r R (I U E , r R (I U E 2211+=+=，所以E R I I U U r , I I U I U I 2112211221-=-。 9. （1）見解析 （2）0021221I U U U I U U - 解析：（1）實驗步驟及應(yīng)測的物理量為：a. 閉合S 1，S 3接1，測得電壓表的讀數(shù)為U 0，電流表的讀數(shù)為I 0，設(shè)R g 為電壓表的內(nèi)阻，則0g I