高中高考物理總復習一輪復習知識歸納第八章實驗十

高考試卷試題學習資料實驗十測定電源的電動勢和內(nèi)阻1．實驗原理閉合電路歐姆定律．2．實驗器材電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關、導線、坐標紙和刻度尺．3．實驗步驟(1)電流表用0.6A的量程，電壓表用3V的量程，按圖1連接好電路．圖1(2)把滑動變阻器的滑片移到使阻值最大的一端．(3)閉合開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1)．用同樣的方法再測量幾組I、U值，填入表格中．(4)斷開開關，拆除電路，整理好器材．1．用實驗數(shù)據(jù)求E、r的處理方法(1)列方程求解：由U＝E－Ir得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U1＝E－I1r,U2＝E－I2r))，解得E、r.(2)用作圖法處理數(shù)據(jù)，如圖2所示．圖2①圖線與縱軸交點為E；②圖線與橫軸交點為I短＝eq\f(E,r)；③圖線的斜率表示r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.2．注意事項(1)為了使路端電壓變化明顯，可使用內(nèi)阻較大的舊電池．(2)電流不要過大，應小于0.5A，讀數(shù)要快．(3)要測出不少于6組的(I，U)數(shù)據(jù)，變化范圍要大些．(4)若U－I圖線縱軸刻度不從零開始，則圖線和橫軸的交點不再是短路電流，內(nèi)阻應根據(jù)r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|確定．3．誤差來源(1)偶然誤差：用圖象法求E和r時作圖不準確．(2)系統(tǒng)誤差：電壓表分流．(3)本實驗中測量結果是：E測<E真，r測<r真.命題點一教材原型實驗例1(2018·陜西省寶雞市質(zhì)檢二)某實驗小組的同學在實驗室發(fā)現(xiàn)了一段粗細均勻、電阻率較大的電阻絲，于是設計了如圖3甲所示的電路進行了實驗探究，其中MN為電阻絲，R0是阻值為1.0Ω的定值電阻，實驗中調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，記錄電壓表示數(shù)U，電流表示數(shù)I以及對應的PN長度x，繪制了U－I圖線如圖乙所示．圖3(1)由圖乙求得電池的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω.(2)實驗中由于電表內(nèi)阻的影響，電動勢測量值________其真實值(選填“大于”“等于”或“小于”)．(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可繪出圖象如圖丙所示．圖象斜率為k，電阻絲橫截面積為S，可求得電阻絲的電阻率ρ＝______，電表內(nèi)阻對電阻率的測量________(選填“有”或“沒有”)影響．答案(1)1.490.45(2)小于(3)kS沒有解析(1)由閉合電路歐姆定律可知：U＝E－I(r＋R0)，則題圖乙中的圖象與縱軸交點的坐標表示電動勢，故E＝1.49V，圖象斜率的絕對值大小表示r＋R0，則r＋R0＝eq\f(1.49－1.2,0.20)Ω＝1.45Ω，解得：r＝1.45Ω－1.0Ω＝0.45Ω.(3)根據(jù)歐姆定律可知，電阻R＝eq\f(U,I)＝eq\f(ρx,S)，則可知k＝eq\f(ρ,S)，解得：ρ＝kS，若考慮電表內(nèi)阻，圖象的斜率不變，所以電表內(nèi)阻對電阻率的測量沒有影響．變式1(2018·福建省莆田市一中)在測量一節(jié)干電池的電動勢E和內(nèi)阻r的實驗中，小明設計了如圖4甲所示的實驗電路．圖4(1)根據(jù)圖甲實驗電路，請在圖乙中用筆畫線代替導線，完成實物電路的連接．(2)實驗開始前，應先將滑動變阻器的滑片P移至______(選填“a”或“b”)端．(3)合上開關S1，S2接圖甲中的1位置，改變滑動變阻器的阻值，記錄下幾組電壓表示數(shù)和對應的電流表示數(shù)；S2改接圖甲中的2位置，改變滑動變阻器的阻值，再記錄下幾組電壓表示數(shù)和對應的電流表示數(shù)．在同一坐標系內(nèi)分別描點作出電壓表示數(shù)U和對應的電流表示數(shù)I的圖象，如圖丙所示，兩直線與縱軸的截距分別為UA、UB，與橫軸的截距分別為IA、IB.①S2接1位置時，作出的U－I圖線是圖丙中的________線(選填“A”或“B”)；②S2接1位置時，測出的電池電動勢E和內(nèi)阻r存在系統(tǒng)誤差，原因是________表(選填“電壓”或“電流”)的示數(shù)偏________(選填“大”或“小”)．答案(1)如圖所示(2)a(3)①B②電流小解析(1)實物圖如圖所示(2)為保護電表，閉合開關時滑動變阻器接入電路的阻值要最大，應將滑片滑至a端；(3)S2接1位置時，引起誤差的原因是電壓表的分流，使得電流的測量值偏小，故電動勢和內(nèi)阻的測量值都偏小，所以作出的圖象是B.命題點二實驗拓展創(chuàng)新例2(2018·河北省衡水中學模擬)學習了“測量電源的電動勢和內(nèi)阻”后，物理課外活動小組自制了一個西紅柿電池組，設計了如圖5所示的實驗電路測定電流表的內(nèi)阻，并用多種方法測量該電池組的電動勢與內(nèi)阻，請協(xié)助完成實驗．圖5(1)閉合開關S1和S2，調(diào)節(jié)電阻箱并記錄電阻箱的示數(shù)R、電流表(靈敏)的示數(shù)I0和電壓表的示數(shù)U0，由此可知電流表的內(nèi)阻RA為_________(用上述測量量表示)．(2)閉合開關調(diào)節(jié)R，讀出電流I和電壓U，并測出多組數(shù)據(jù)，作出U－I圖線可得出電池組的電動勢和內(nèi)阻，此種辦法測量的電動勢與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“相等”)，內(nèi)阻的測量值與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“相等”)．(3)斷開S1，閉合S2，僅由多組電流表示數(shù)I和電阻箱的示數(shù)R，運用實驗數(shù)據(jù)作出eq\f(1,I)－R圖線為一條傾斜的直線，且該直線的斜率為k，縱截距為b，則該電池組的電動勢為________，內(nèi)阻為________(用k、b、RA表示)．答案(1)eq\f(U0,I0)－R(2)偏小偏小(3)eq\f(1,k)eq\f(b,k)－RA解析(1)由部分電路歐姆定律可知R＋RA＝eq\f(U0,I0)，故RA＝eq\f(U0,I0)－R.(2)誤差源于電壓表的分流作用，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知：E＝U＋(I＋eq\f(U,RV))r，變形得到：U＝eq\f(RV,RV＋r)E－eq\f(RVr,RV＋r)I，可知斜率為eq\f(RVr,RV＋r)<r，截距eq\f(RV,RV＋r)E<E，故電動勢與內(nèi)阻的測量值都偏小．(3)由閉合電路歐姆定律可知：E＝I(R＋RA＋r)變形得到：eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(RA＋r,E)，由題意可知k＝eq\f(1,E)，b＝eq\f(RA＋r,E)，故E＝eq\f(1,k)，r＝eq\f(b,k)－RA.變式2(2018·湖南省株洲市上學期質(zhì)檢一)某實驗小組需測量一電源的電動勢和內(nèi)阻，實驗室提供的實驗器材有：待測電源(E大約為3V，r大約為1.0Ω)電阻箱R(最大阻值為99.9Ω)電阻R1(阻值為5.0Ω)電阻R2(阻值為990Ω)電流計(量程為2.5mA，內(nèi)阻為Rg＝10.0Ω)開關，導線若干．(1)請在圖6虛線框中完成電路圖，并將儀器的符號標在圖中．圖6(2)實驗中得到了多組電阻箱的阻值R和對應的電流計的讀數(shù)I，并作出如圖7所示的eq\f(1,I)－eq\f(1,R)關系圖象，若已知圖象斜率為k，縱截距為b，則電源電動勢E＝________，內(nèi)阻r＝____________.(要求用測得的物理量和已知物理量的符號表示，電阻R2的分流作用忽略不計)圖7答案(1)如圖所示(2)eq\f(R2＋Rg,b)eq\f(k,b)－R1解析(1)題中沒有電壓表，所以需選擇電流計和一個定值電阻串聯(lián)改裝成電壓表，當電流計和定值電阻R2串聯(lián)時，U＝Ig(R2＋Rg)＝2.5V，和定值電阻R1串聯(lián)改裝后的電壓表量程太小，故選擇R2改裝電壓表，R1串聯(lián)接入電路起保護作用，故電路圖如圖所示．(2)由閉合電路歐姆定律可知，I(R2＋Rg)＝eq\f(E,R1＋r＋R)R，則eq\f(1,I)＝eq\f(R1＋rR2＋Rg,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(R2＋Rg,E)，故E＝eq\f(R2＋Rg,b)，r＝eq\f(k,b)－R1.例3(2018·遼寧省丹東市一模)小剛、小聰和小明所在的小組收集了手機的電池以及從廢舊收音機上拆下的電阻、電容、電感線圈等電子器件．現(xiàn)從這些材料中選取兩個待測元件進行研究，一是電阻Rx(阻值約2kΩ)，二是手機中常用的鋰電池(電動勢E的標稱值為3.4V)，在操作臺上還準備了如下實驗器材：A．電壓表V(量程4V，內(nèi)阻RV約10kΩ)B．電流表A1(量程100mA，內(nèi)阻RA1約20Ω)C．電流表A2(量程2mA，內(nèi)阻RA2約20Ω)D．滑動變阻器(0～10Ω，額定電流1A)E．電阻箱R0(0～999.9Ω)F．開關S一只、導線若干圖8(1)小剛采用伏安法測定Rx的阻值，他使用的電池是待測的鋰電池．電流表應選擇________，圖8甲是他連接的部分實驗器材，請你用筆畫線完成實物連接；他用電壓表的讀數(shù)除以電流表的讀數(shù)作為Rx的測量值，則測量值________真實值(填“大于”“小于”或“等于”)；(2)小聰和小明設計了如圖乙所示的電路圖測量鋰電池的電動勢E和內(nèi)阻r.①小聰?shù)膶嶒灢僮魇牵洪]合開關S.調(diào)整電阻箱的阻值為R1時，讀出電壓表的示數(shù)為U1；調(diào)整電阻箱的阻值為R2時，讀出電壓表的示數(shù)為U2.根據(jù)小聰測出的數(shù)據(jù)可求得該電池的電動勢，其表達式為E＝________；②小明認為用線性圖象處理數(shù)據(jù)更便于分析．他在實驗中多次改變電阻箱阻值，獲取了多組數(shù)據(jù)，畫出的eq\f(1,U)－eq\f(1,R)圖象為一條直線(如圖丙)．由圖丙可知該電池的電動勢E＝________V、內(nèi)阻r＝________Ω.(結果均保留兩位有效數(shù)字)答案(1)C(或A2)見解析圖大于(2)①eq\f(U1U2R1－R2,U2R1－U1R2)②3.30.25解析(1)測量Rx的阻值時，滑動變阻器采取分壓式接法，由于待測電阻的阻值較大，電流表采取內(nèi)接法，實物圖連線如圖所示；通過待測電阻的最大電流為Im＝eq\f(3.4,2000)A＝1.7mA，故電流表選取C(或A2)；由于電流表采取內(nèi)接法，用電壓表的讀數(shù)除以電流表的讀數(shù)應該為待測電阻與電流表內(nèi)阻的阻值之和，所以測量值大于真實值．(2)①由閉合電路的歐姆定律可知：E＝U1＋eq\f(U1,R1)r，E＝U2＋eq\f(U2,R2)r，聯(lián)立解得：E＝eq\f(U1U2R1－R2,U2R1－U1R2)；②由閉合電路的歐姆定律可知：E＝U＋eq\f(U,R)r，整理得eq\f(1,U)＝eq\f(r,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)，故縱截距eq\f(1,E)＝0.3，解得E＝eq\f(10,3)V≈3.3V，斜率eq\f(r,E)＝eq\f(0.6－0.3,4.0)＝eq\f(3,40)，解得r＝0.25Ω.變式3(2018·江西省橫峰中學、鉛山一中等校聯(lián)考)實驗室中準備了下列器材：待測干電池(電動勢約1.5V，內(nèi)阻約1.0Ω)，電流表G(滿偏電流1.5mA，內(nèi)阻10Ω)，電流表A(量程0～0.60A，內(nèi)阻約0.10Ω)，滑動變阻器R1(0～20Ω，2A)滑動變阻器R2(0～100Ω，1A)，定值電阻R3＝990Ω，開關S和導線若干圖9(1)某同學選用上述器材(滑動變阻器只選用了一個)測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻．為了能較為準確地進行測量和操作方便，實驗中選用的滑動變阻器，應是________．(填代號)(2)請在如圖9甲所示虛線框中畫出該同學的實驗電路圖．(3)如圖乙為該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的I1－I2