2023屆高三物理【新教材】一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)十五 電池電動勢和內(nèi)阻的測量

實(shí)驗(yàn)十五電池電動勢和內(nèi)阻的測量必備知識·自主排查關(guān)鍵能力·分層突破必備知識·自主排查一、實(shí)驗(yàn)思路與操作電路圖與思路操作要領(lǐng)思路：根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝U＋I(xiàn)r，改變外電路電阻R，用電流表和電壓表測出U、I的兩組數(shù)據(jù)，列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程，從而解出E和r.(1)連接電路：按實(shí)驗(yàn)電路圖連接好電路．(2)測量與記錄：閉合開關(guān)，改變滑動變阻器的阻值，讀出電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I，并填入事先繪制好的表格中．

注意事項(xiàng)(1)電池選?。簯?yīng)選用內(nèi)阻較大的電池．(2)實(shí)驗(yàn)操作：實(shí)驗(yàn)中不宜將電流調(diào)得過大，電表讀數(shù)更快，每次讀完數(shù)后立即斷開開關(guān)．(3)數(shù)據(jù)要求：要測出不少于6組的(I，U)數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些．(4)合理選擇標(biāo)度：為使圖線分布空間大，如圖所示，縱坐標(biāo)可以不從零開始，則圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流．誤差分析(1)用圖像法求E和r時(shí)作圖不準(zhǔn)確．(2)由于電流表或電壓表的分壓或分流存在系統(tǒng)誤差．(3)本實(shí)驗(yàn)中測量結(jié)果是：E測<E真，r測<r真．關(guān)鍵能力·分層突破考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1

在做測量一只蓄電池(電動勢約為2.2V，內(nèi)阻很小)的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)時(shí)，備有下列器材供選用：A．定值電阻(阻值為R1＝1Ω)B．定值電阻(阻值為R2＝20Ω)C．直流電流表(量程0～0.6A或0～3A，內(nèi)阻約為0.2Ω)D.直流電壓表(量程0～3V或0～15V，內(nèi)阻約為5kΩE．滑動變阻器(阻值范圍0～10Ω)F．滑動變阻器(阻值范圍0～1000Ω)G．開關(guān)H．導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示，為防止電源短路，用作保護(hù)電阻的定值電阻應(yīng)選用________(選填“A”或“B”)；滑動變阻器應(yīng)選用________(選填“E”或“F”)．AE解析：蓄電池的電動勢為2.2V，如果選用B，由于B的阻值較大，電路電流太小，不利于電表讀數(shù)，故保護(hù)電阻選用A；為了調(diào)節(jié)方便，滑動變阻器應(yīng)選最大阻值較小的E.(2)某同學(xué)將選定的器材完成了實(shí)驗(yàn)電路的連接，閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑片P，電壓表示數(shù)約為2.2V不變，電流表的示數(shù)始終為零，則電路故障可能是下述中的________．A．b、c間斷路B．a(chǎn)、P間某點(diǎn)電阻絲斷路C．P與電阻絲未接通D．保護(hù)電阻斷路A、C解析：若b、c間斷路，則電路斷路，電流表示數(shù)為零，電壓表與電源兩極相連，電壓表示數(shù)接近電源電動勢，A正確；若a、P間某點(diǎn)電阻絲斷路，則電路為通路，電流表示數(shù)不是始終為零，B錯誤；若P與電阻絲未接通，則電流表示數(shù)為零，電壓表與電源兩極相連，電壓表示數(shù)接近電源電動勢，C正確；若保護(hù)電阻斷路，則電路斷路，電流表示數(shù)為零，電壓表示數(shù)也為零，D錯誤．(3)某小組按正確的操作步驟完成實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，將測量數(shù)據(jù)描點(diǎn)如圖乙，請?jiān)趫D乙中作出相應(yīng)圖像．則待測蓄電池的電動勢E為___________V，內(nèi)阻r為______________Ω.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案：如圖所示．2.2(2.1～2.3)0.50(0.40～0.60)

[思維方法]電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇方法選擇電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等器材，一般要考慮三方面因素：(1)安全因素①電流表的選擇思路一：根據(jù)電路中的最大電流來選擇．思路二：根據(jù)用電器的額定電流來選擇．②電壓表的選擇思路一：根據(jù)被測電阻上的最大電壓來選擇．思路二：根據(jù)電源電動勢選擇．

【跟進(jìn)訓(xùn)練】1.某同學(xué)用伏安法測一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，現(xiàn)備有下列器材：A．被測干電池一節(jié)B．電流表1：量程0～0.6A，內(nèi)阻r＝0.3ΩC．電流表2：量程0～0.6A，內(nèi)阻約為0.1ΩD．電壓表1：量程0～3V，內(nèi)阻未知E．電壓表2：量程0～15V，內(nèi)阻未知F．滑動變阻器1：0～10Ω，2AG．滑動變阻器2：0～100Ω，1AH．開關(guān)、導(dǎo)線若干伏安法測電池電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，由于電流表和電壓表內(nèi)阻的影響，測量結(jié)果存在系統(tǒng)誤差；在現(xiàn)有器材的條件下，要盡可能準(zhǔn)確地測量電池的電動勢和內(nèi)阻．(1)在上述器材中請選擇適當(dāng)?shù)钠鞑?填寫器材前的字母)：電流表選擇________，電壓表選擇________，滑動變阻器選擇________．(2)實(shí)驗(yàn)電路圖應(yīng)選擇圖中的________(填“甲”或“乙”)．(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)中電流表和電壓表的示數(shù)得到了如圖丙所示的U-I圖像，則在修正了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差后，干電池的電動勢E＝________V，內(nèi)電阻r＝________Ω.BDF甲1.50.7

2．在“測定電池的電動勢和內(nèi)電阻”實(shí)驗(yàn)中．(1)某同學(xué)用多用電表粗測一節(jié)干電池的電動勢，選擇開關(guān)應(yīng)置于合適位置，下列符合要求的是________．B解析：用多用電表粗測電源電動勢應(yīng)用直流電壓2.5V擋，故選B.(2)該同學(xué)根據(jù)圖甲中的電路圖將實(shí)驗(yàn)儀器連接成如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)電路，a、b、c、d四條導(dǎo)線中，其中有一條導(dǎo)線連接錯誤，該導(dǎo)線是________．(3)該同學(xué)利用正確的電路測得多組電流、電壓值，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到如圖丙所示的U-I圖線，由此可知該電池的電動勢E＝__________________V，內(nèi)阻r＝__________________Ω.(均保留三位有效數(shù)字)b1.46(1.45～1.47均可)0.774(0.760～0.780均可)

考點(diǎn)二拓展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)角度1實(shí)驗(yàn)方法方案的拓展(“電表＋電阻箱”法)實(shí)驗(yàn)思路實(shí)驗(yàn)原理E＝I1(R1＋r)E＝I2(R2＋r)圖像例2

[2021·全國乙卷，23]一實(shí)驗(yàn)小組利用圖(a)所示的電路測量一電池的電動勢E(約1.5V)和內(nèi)阻r(小于2Ω)．圖中電壓表量程為1V，內(nèi)阻RV＝380.0Ω；定值電阻R0＝20.0Ω；電阻箱R，最大阻值為999.9Ω；S為開關(guān)．按電路圖連接電路．完成下列填空：

15.0

1.301.73.8

角度2器材的靈活選用及電路設(shè)計(jì)例3

現(xiàn)要測量電壓表的內(nèi)阻和電源的電動勢，提供的器材有：電源(電動勢約為6V，內(nèi)阻不計(jì))，電壓表V1(量程0～2.5V，內(nèi)阻約為2.5kΩ)，電壓表V2(量程0～3V，內(nèi)阻約為10kΩ)，電阻箱R0(最大阻值為9999.9Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值為3kΩ)，滑動變阻器R2(最大阻值為500Ω),單刀雙擲開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．(1)在圖(a)中完成實(shí)驗(yàn)電路原理圖的連線．(2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器________(選填“R1”或“R2”)．R1解析：(1)由于兩個(gè)電壓表的量程都小于電源的電動勢，兩個(gè)電壓表串聯(lián)后的總電壓仍然小于電源的電動勢，故應(yīng)該用滑動變阻器作為保護(hù)電阻．如果只是測量電動勢，可以采用如圖甲所示的電路，但是要想計(jì)算電壓表V1、電壓表V2各自的內(nèi)阻，需要將電路改進(jìn)，設(shè)計(jì)的電路有圖乙、圖丙所示的兩種；而通過電壓表V1的最大電流約為1mA，通過電壓表V2的最大電流約為0.3mA，故設(shè)計(jì)的電路應(yīng)該選擇圖乙．(2)根據(jù)(1)中電路圖的連接，因?yàn)殡妷罕淼膬?nèi)阻較大，故滑動變阻器的最大阻值應(yīng)該大于電壓表V1的內(nèi)阻，故滑動變阻器應(yīng)該選擇R1.(3)按照下列步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：①閉合開關(guān)前，將滑動變阻器和電阻箱連入電路的阻值調(diào)至最大；②閉合開關(guān)，將電阻箱調(diào)到6kΩ，調(diào)節(jié)滑動變阻器至適當(dāng)?shù)奈恢?，此時(shí)電壓表V1的示數(shù)為1.60V，電壓表V2的示數(shù)為2.40V；③保持滑動變阻器連入電路的阻值不變，再將電阻箱調(diào)到2kΩ，此時(shí)電壓表V1的示數(shù)如圖(b)所示，其示數(shù)為________V，電壓表V2的示數(shù)為1.40V．(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到電源的電動勢為________V，電壓表V1的內(nèi)阻為________kΩ，電壓表V2的內(nèi)阻為________kΩ.2.105.602.510

[教你解決問題]——設(shè)計(jì)思路第1步：明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖x題→可知本題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y電壓表的內(nèi)阻和電源的電動勢第2步：選擇合適的實(shí)驗(yàn)原理讀題→根據(jù)題目的實(shí)驗(yàn)儀器可知本題可用電壓表和電阻箱測電源的電動勢第3步：畫原理圖【跟進(jìn)訓(xùn)練】3．某探究性學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的電路測量電池的電動勢和內(nèi)阻．其中電流表A1的內(nèi)阻r1＝1.0kΩ，電阻R1＝9.0kΩ，為了方便讀數(shù)和作圖，給電池串聯(lián)一個(gè)R0＝3.0Ω的電阻．(1)按圖示電路進(jìn)行連接后，發(fā)現(xiàn)aa′、bb′和cc′三條導(dǎo)線中，混進(jìn)了一條內(nèi)部斷開的導(dǎo)線．為了確定哪一條導(dǎo)線內(nèi)部是斷開的，將開關(guān)S閉合，用多用電表的電壓擋先測量a、b′間電壓，讀數(shù)不為零，再測量a、a′間電壓，若讀數(shù)不為零，則一定是________導(dǎo)線斷開；若讀數(shù)為零，則一定是________導(dǎo)線斷開．(2)排除故障后，該小組順利完成實(shí)驗(yàn)．通過多次改變滑動變阻器觸頭位置，得到電流表A1和A2的多組I1、I2數(shù)據(jù)，作出圖像如圖．由I1-I2圖像得到電池的電動勢E＝__________________V，內(nèi)阻r＝__________________Ω.aa′bb′1.40(1.36～1.44均可)0.57(0.40～0.60均可)解析：(1)a、b′間的電壓不為零，說明a、a′或b、b′間有一處導(dǎo)線斷開，若a、a′間電壓不為零，說明aa′導(dǎo)線斷開；若a、a′間電壓為零，則一定是bb′導(dǎo)線斷開．(2)在給出的圖像中取兩個(gè)點(diǎn)，讀數(shù)分別為I1＝0.12mA、I2＝60mAI′1＝0.07mA、I′2＝200mA.據(jù)閉合電路歐姆定律知：E＝(I1＋I(xiàn)2)(R0＋r)＋I(xiàn)1(r1＋R1)，將上述兩組數(shù)據(jù)代入可得：電動勢E≈1.4V，內(nèi)阻r≈0.57Ω.4．[2021·湖南卷，12]某實(shí)驗(yàn)小組需測定電池的電動勢和內(nèi)阻，器材有：一節(jié)待測電池、一個(gè)單刀雙擲開關(guān)、一個(gè)定值電阻(阻值為R0)、一個(gè)電流表(內(nèi)阻為RA)、一根均勻電阻絲(電阻絲總阻值大于R0，并配有可在電阻絲上移動的金屬夾)、導(dǎo)線若干．由于缺少刻度尺，無法測量電阻絲長度，但發(fā)現(xiàn)桌上有一個(gè)圓形時(shí)鐘表盤．某同學(xué)提出將電阻絲繞在該表盤上，利用圓心角來表示接入電路的電阻絲長度．主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)將器材如圖(a)連接；(2)開關(guān)閉合前，金屬夾應(yīng)夾在電阻絲的________端(填“a”或“b”)；(3)改變金屬夾的位置，閉合開關(guān)，記錄每次接入電路的電阻絲對應(yīng)的圓心角θ和電流表示數(shù)I，得到多組數(shù)據(jù)；(4)整理數(shù)據(jù)并在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)繪