2025高考物理總復(fù)習(xí)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

第5講實(shí)驗(yàn)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻高考總復(fù)習(xí)2025強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分研考點(diǎn)精準(zhǔn)突破目錄索引強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。2.加深對(duì)閉合電路歐姆定律的理解。二、實(shí)驗(yàn)思路如圖甲或圖乙所示,改變R的阻值,從電壓表和電流表中讀出幾組U、I值,利用閉合電路歐姆定律求E、r值。三、實(shí)驗(yàn)器材電源、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、鉛筆和刻度尺。四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1.按實(shí)驗(yàn)電路圖連接電路。2.把滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)到接入電路阻值最大的一端。3.閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,記錄幾組I、U值,填入表格中。4.斷開開關(guān),拆除電路,整理好器材。五、數(shù)據(jù)處理方法一:列方程組求解電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。方法二:用作圖法處理數(shù)據(jù),如圖所示。(1)圖線與縱軸交點(diǎn)為E;(2)圖線斜率的絕對(duì)值表示六、誤差分析1.由于讀數(shù)不準(zhǔn)和電表線性不良引起誤差。2.用圖像法求E和r時(shí),由于作圖不準(zhǔn)確造成誤差。3.實(shí)驗(yàn)時(shí)通電時(shí)間過長(zhǎng)或電流過大,都會(huì)引起E、r變化。4.若采用圖甲電路,由于電壓表的分流作用造成誤差,電壓值越大,電壓表的分流越多,對(duì)應(yīng)的I真與I測(cè)的差值越大。其U-I圖像如圖丙所示。結(jié)論:E測(cè)<E真,r測(cè)<r真。5.若采用圖乙電路,由于電流表的分壓作用造成誤差,電流值越大,電流表的分壓越多,對(duì)應(yīng)的U真與U測(cè)的差值越大。其U-I圖像如圖丁所示。結(jié)論:E測(cè)=E真,r測(cè)>r真。七、注意事項(xiàng)1.為了使電源的路端電壓變化明顯,應(yīng)選內(nèi)阻大些的電源(選用已使用過一段時(shí)間的干電池)。2.在實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大,每次讀完U和I的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開電源,以免干電池的E和r明顯變化。3.要測(cè)出多組(I,U)數(shù)據(jù),且變化范圍要大些。4.畫U-I圖線時(shí),縱軸的刻度可以不從零開始,而是根據(jù)測(cè)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(shí)圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值不再是短路電流,而圖線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值仍為電源電動(dòng)勢(shì),圖線斜率的絕對(duì)值仍為內(nèi)阻?！痢萄锌键c(diǎn)精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)考向一

實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作典題1(2022福建卷)在測(cè)量某電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí),因?yàn)殡妷罕砗碗娏鞅淼挠绊?不論使用何種接法,都會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差,為了消除電表內(nèi)阻造成的系統(tǒng)誤差,某實(shí)驗(yàn)興趣小組設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行測(cè)量。已知R0=2Ω。(1)按照?qǐng)D甲所示的電路圖,將圖乙中的器材實(shí)物連線補(bǔ)充完整。甲乙見解析圖(2)實(shí)驗(yàn)操作步驟如下:①將滑動(dòng)變阻器滑到最左端位置;②接法Ⅰ:單刀雙擲開關(guān)S與1接通,閉合開關(guān)S0,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R,記錄下若干組數(shù)據(jù)U1和I1的值,斷開開關(guān)S0;③將滑動(dòng)變阻器滑到最左端位置;④接法Ⅱ:單刀雙擲開關(guān)S與2閉合,閉合開關(guān)S0,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R,記錄下若干組數(shù)據(jù)U2和I2的值,斷開開關(guān)S0;⑤分別作出兩種情況所對(duì)應(yīng)的U1-I1圖像和U2-I2圖像。(3)單刀雙擲開關(guān)接1時(shí),某次讀取電表數(shù)據(jù),電壓表指針如圖丙所示,此時(shí)U1=

V。

丙1.30(4)根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù),作出U1-I1圖像和U2-I2圖像如圖丁所示,根據(jù)兩圖像求得電源電動(dòng)勢(shì)E=

,內(nèi)阻r=

。(結(jié)果均保留兩位小數(shù))

丁

1.80V2.50Ω(5)由圖丁可知

(選填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)測(cè)得的電源內(nèi)阻更接近真實(shí)值。

(6)綜合考慮,若只能選擇一種接法,應(yīng)選擇

(選填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)測(cè)量更合適。

接法Ⅱ接法Ⅱ解析

(1)根據(jù)圖甲所示的電路圖,實(shí)物連接如圖所示。

(3)量程為0~3

V的電壓表分度值為0.1

V,需要估讀到分度值的下一位,由圖丙可知電壓表讀數(shù)為U1=1.30

V。(4)當(dāng)單刀雙擲開關(guān)接1時(shí),電流表示數(shù)為零時(shí),電壓表測(cè)量準(zhǔn)確,故電動(dòng)勢(shì)為U1-I1的縱軸截距,則有E=1.80

V,當(dāng)單刀雙擲開關(guān)接2時(shí),電壓表示數(shù)為零時(shí),電流表測(cè)量準(zhǔn)確,由U2-I2圖像可知此時(shí)電路電流為0.40

A,根據(jù)閉合電路(6)由電路圖可知接法Ⅰ的誤差來源是電流表的分壓,接法Ⅱ的誤差來源是電壓表的分流,由于電源內(nèi)阻較小,遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻,結(jié)合(5)問分析可知,若只能選擇一種接法,應(yīng)選擇接法Ⅱ測(cè)量更合適?？枷蚨?/p>

數(shù)據(jù)處理和誤差分析典題2(2024七省適應(yīng)性測(cè)試江西物理)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是電源的重要參數(shù),為了研究新舊干電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的差異,實(shí)驗(yàn)室提供以下器材:電流表(量程:0.6A或3A)、電壓表(量程:3V或15V)、滑動(dòng)變阻器A(最大阻值20Ω)、滑動(dòng)變阻器B(最大阻值1000Ω)、開關(guān)、導(dǎo)線和某品牌一節(jié)全新干電池。(1)應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器

(選填“A”或“B”)。

(2)請(qǐng)?jiān)趫D(a)中畫線完成電路實(shí)物連接。圖(a)A見解析圖(3)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得干電池的兩條U-I圖線,如圖(b)所示,甲為全新干電池實(shí)驗(yàn)圖線,乙為該電池使用一段時(shí)間后的實(shí)驗(yàn)圖線,回答以下問題:①乙圖線中,該電池的電動(dòng)勢(shì)為

V(保留3位有效數(shù)字),內(nèi)阻為

Ω(保留2位有效數(shù)字);

②該電池在使用后電動(dòng)勢(shì)

(選填“變大”或“變小”),內(nèi)阻

(選填“變大”或“變小”)。

圖(b)1.281.5變小變大解析

(1)本實(shí)驗(yàn)測(cè)量干電池的內(nèi)阻,由于干電池的內(nèi)阻較小,為了調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流表、電壓表示數(shù)變化明顯,所以滑動(dòng)變阻器的阻值應(yīng)與電池內(nèi)阻相差不大,選20

Ω阻值的滑動(dòng)變阻器,故選A。(2)由于電池內(nèi)阻較小,故電流表相對(duì)于電源采用外接法,一節(jié)干電池電動(dòng)勢(shì)約為1.5

V,故電壓表采用3

V量程,實(shí)物圖接法如圖所示。(3)①由閉合電路歐姆定律E=U+Ir,可得U=-r·I+E,由圖可知,乙圖線縱截距為b=E=1.28

V,斜率的絕對(duì)值為

,故乙圖線中,該電池的電動(dòng)勢(shì)為1.28

V,內(nèi)阻為1.5

Ω。②對(duì)比題圖(b)中的甲、乙圖線可知,電池在使用后,縱截距變小,斜率變大,在U-I圖像中,縱截距表示電池的電動(dòng)勢(shì),斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻,故該電池在使用后電動(dòng)勢(shì)變小,內(nèi)阻變大。典題3(2024河南新鄉(xiāng)一模)某同學(xué)利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有器材,設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)及未知電阻R0的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)器材:電池E(電動(dòng)勢(shì)約3V,內(nèi)阻很小);電壓表V(量程0~3V,內(nèi)阻為1000Ω);定值電阻R0(阻值未知);電阻箱R(最大阻值為9999Ω);開關(guān)S,導(dǎo)線若干。該同學(xué)設(shè)計(jì)的測(cè)量電路如圖所示。(1)先斷開開關(guān)S1,連接好電路。閉合開關(guān)S1,斷開開關(guān)S2,此時(shí)電壓表的示數(shù)為1.96V;把電阻箱阻值調(diào)為1000Ω,閉合開關(guān)S2,電壓表示數(shù)為1.47V。若不考慮電池內(nèi)阻,電池的電動(dòng)勢(shì)為

V,定值電阻R0的阻值為

Ω。

(2)若考慮電池的內(nèi)阻,則電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值

真實(shí)值,定值電阻R0的測(cè)量值

真實(shí)值。(均選填“大于”“小于”或“等于”)

2.94

500等于

大于解得E=2.94

V,R0+r=500

Ω可知電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值等于真實(shí)值,定值電阻R0的測(cè)量值大于真實(shí)值。考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新考向一

實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新

創(chuàng)新點(diǎn)點(diǎn)睛1.儀器的使用創(chuàng)新、裝置的改造、實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新考查(1)與原型實(shí)驗(yàn)對(duì)比:根據(jù)題意找出題中實(shí)驗(yàn)在教材中的實(shí)驗(yàn)原型或原理,如電壓表?yè)Q成電壓傳感器等(2)根據(jù)題中所提供的實(shí)驗(yàn)器材與原型中的器材比較,用改裝的方法完成實(shí)驗(yàn)(3)在測(cè)量電表的內(nèi)阻時(shí),要把電表當(dāng)作能讀數(shù)的電阻,充分利用待測(cè)電表自身的測(cè)量功能,即電流表可測(cè)定通過自身的電流,電壓表可測(cè)定自身兩端的電壓,不需要其他的電表來測(cè)量創(chuàng)新點(diǎn)點(diǎn)睛2.數(shù)據(jù)的靈活處理應(yīng)用圖像處理數(shù)據(jù)——細(xì)心推導(dǎo)找關(guān)系,數(shù)形轉(zhuǎn)換是關(guān)鍵。在實(shí)驗(yàn)中,數(shù)據(jù)處理的常用方法有公式法、列表法、圖像法、逐差法等,電學(xué)實(shí)驗(yàn)最?？嫉氖菆D像法3.實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新——電路的設(shè)計(jì)此類題應(yīng)以掌握常規(guī)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、規(guī)范操作程序、數(shù)據(jù)處理方法等為根本依據(jù),從題目給出的電路原理圖入手分析,再結(jié)合已有的電學(xué)知識(shí)(如串并聯(lián)關(guān)系、閉合電路歐姆定律等)和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行推理,找到突破方向典題4(2023湖北卷)某實(shí)驗(yàn)小組為測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路,所用器材如下:電壓表(量程0~3V,內(nèi)阻很大);電流表(量程0~0.6A);電阻箱(阻值0~999.9Ω);干電池一節(jié)、開關(guān)一個(gè)和導(dǎo)線若干。(1)根據(jù)圖甲,完成圖乙中的實(shí)物圖連線。

甲乙見解析圖(2)調(diào)節(jié)電阻箱到最大阻值,閉合開關(guān)。逐次改變電阻箱的電阻,記錄其阻值R、相應(yīng)的電流表示數(shù)I和電壓表示數(shù)U。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)作出的U-I圖像如圖丙所示,則干電池的電動(dòng)勢(shì)為

V(保留3位有效數(shù)字)、內(nèi)阻為

Ω(保留2位有效數(shù)字)。

丙1.580.64(3)該小組根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)一步探究,作出-R圖像,如圖丁所示。利用圖丁中圖像的縱軸截距,結(jié)合第(2)問得到的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻,還可以求出電流表內(nèi)阻為

Ω(保留2位有效數(shù)字)。

(4)由于電壓表內(nèi)阻不是無窮大,本實(shí)驗(yàn)干電池內(nèi)阻的測(cè)量值

(選填“偏大”或“偏小”)。

丁2.5偏小解析

(1)實(shí)物連線如圖所示。

(2)由電路結(jié)合閉合電路的歐姆定律可得U=E-Ir由題圖丙可知E=1.58

V(3)根據(jù)E=I(R+RA+r)解得RA=2.5

Ω。(4)由于電壓表內(nèi)阻不是無窮大,則實(shí)驗(yàn)測(cè)得的是電壓表內(nèi)阻與電源內(nèi)阻的并聯(lián)值,即實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的電池內(nèi)阻偏小?？枷蚨?/p>

實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)典題5(2024廣東惠州一模)某科技活動(dòng)小組利用銅片、鋅片和柑橘汁制作了果汁電池,他們采取如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)方案測(cè)量這種電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r,并探究電極間距對(duì)E和r的影響。(1)為避免電壓表分流作用對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,在圖甲中將實(shí)物電路連接完整。甲見解析圖(2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,改變電源兩端的電壓U和流過電源的電流I,依據(jù)公式U=E-Ir,利用測(cè)量數(shù)據(jù)作出U-I圖像,可得出E和r。(3)實(shí)驗(yàn)中依次減小銅片與鋅片的間距,得到果汁電池的U-I圖像分別如圖乙中a、b、c、d所示,則在該實(shí)驗(yàn)中,曲線a對(duì)應(yīng)的電源電動(dòng)勢(shì)E=

V,內(nèi)阻r=

Ω。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

(4)根據(jù)圖乙總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,即當(dāng)減小銅片與鋅片的間距時(shí),這種電池的電動(dòng)勢(shì)E將

,內(nèi)阻r將

。(均選填“增大”“不變”或“減小”