实验09测定电源的电动势和内阻教学案-高考物理一轮复习精品资料.doc

【2014高考在线】1（2014·新课标全国卷）利用如图(a)所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：待测电源，电阻箱R(最大阻值999.9 )，电阻R0(阻值为3.0 )，电阻R1(阻值为3.0 )，电流表A(量程为200 mA，内阻为RA6.0 )，开关S.来源:学&科&网Z&X&X&K图(a)实验步骤如下：将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻值箱相应的阻值R；以为纵坐标，R为横坐标，作 R图线(用直线拟合)；求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.回答下列问题：(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则与R的关系式为_(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R3.0 时电流表的示数如图(b)所示，读出数据，完成下表答：_，_R/1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.1250.1000.0910.0840.077I1/A16.998.0010.011.011.913.0图(b)图(c)(3)在图(c)的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k_A11，截距b_A1.(4)根据图线求得电源电动势E_V，内阻r_.(4)斜率k，因此E3.0 V，截距b，因此r51.0 .2（2014·全国卷） 现要测量某电源的电动势和内阻可利用的器材有：电流表A，内阻为1.00 ； 电压表V；阻值未知的定值电阻R1、R2、R3、R4、R5；开关S；一端连有鳄鱼夹P的导线1，其他导线若干某同学设计的测量电路如图(a)所示(1)按图(a)在实物图(b)中画出连线，并标出导线1和其P端图(a)图(b)(2)测量时，改变鳄鱼夹P所夹的位置，使R1、R2、R3、R4、R5依次串入电路，记录对应的电压表的示数U和电流表的示数I. 数据如下表所示根据表中数据，在图(c)中的坐标纸上将所缺数据点补充完整，并画出UI图线I(mA)1931531116930U(V)2.512.592.682.762.84(3)根据UI图线求出电源的电动势E_V，内阻r_.(保留2位有效数字)【答案】(1)连接如图所示【重点知识梳理】实验目的1掌握用电压表和电流表测定电源电动势的内阻的方法与原理；2学习掌握用U一I图象处理数据的方法。实验器材电压表、电流表、滑动变阻器、电池、电键和导线【实验原理】如图所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路欧姆定律求出几组E、r值，最后分别算出它们的平均值。用作图法来处理数据：即在坐标纸上以I为横坐标、U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出U一I图象。如图所示所得直线跟纵轴的交点即为电动势值，图线斜率的绝对值即为内电阻r的值。【实验步骤】1电流表用0. 6 A量程，电压表用3V量程，按图连接好电路；2把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端；3闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据（I、U），用同样方法测量几组I、U值，记录在自己设计的表格中；4打开电键，整理好器材；5处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。【数据处理】图象法处理实验数据1本实验中，为了减少实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据各次测出的U、I值，做图像所得图线延长线与U轴的交点即为电动势E，图线斜率的绝对值即为电源的内阻r，即，如图所示。2应注意当电池内阻较小时，U的变化较小，图象中描出的点呈现如图甲所示状态，下面大面积空间得不到利用，所描得点及做出的图线误差较大。为此，可使纵轴不从零开始，如图乙所示，把纵坐标比例放大，可使结果误差小些。此时，图线与纵轴的交点仍代表电源的电动势，但图线与横轴的交点不再代表短路状态，计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点，由它们的坐标值计算出斜率的绝对值，即为内阻r。【误差分析】实验电路的设计有如图所示的甲、乙两种情况、该实验采取的是乙种情况。现分析如下：若采用图甲电路，根据闭合电路的欧姆定律，有解得若考虑电流表和电压表内阻，则应有解得比较得虽然测得电源电动势E的测量值是准确的，但由于电源内阻r与电流表内阻相差不大，故内阻r的测量误差太大，所以不能采用该电路。若采用图乙电路，考虑电流表和电压表内阻，根据闭合电路欧姆定律，有解得比较得，但由于很大，故误差较小，所以实验采用的是该电路。从以上分析可以看出，当采用图甲电路时，误差来源于电流表的分压，虽然电动势的测量是准确的，但电源内阻的测量误差太大当采用图乙电路时，误差来源于电压表的分流，虽然电动势和内阻的测量都小于真实值，但误差很小。【注意事项】1为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些（选用已使用过一段时间的干电池）；2电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A，因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完后应立即断电；3测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组，第2和第5为一组，第3和第6为一组，分别解出E、r值再求平均值；4画出U一I图，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度；5计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用计算出电源的内阻。【高频考点突破】考点一、实验器材和实验误差 来源:Z+xx+k.Com例1、用如图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用除电池、电键和导线外，可供使用的实验器材还有： (a)电流表(量程0.6 A,3 A) (b)电压表(量程3 V,15 V) (c)定值电阻(阻值1 、额定功率5 W) (d)定值电阻(阻值10 ，额定功率10 W) (e)滑动变阻器(阻值范围010 、额定电流2 A) (f)滑动变阻器(阻值范围0100 、额定电流1 A) 那么： (1)要正确完成实验，电压表的量程应选择_V，电流表的量程应选择_ A，R0应选择_ 的定值电阻，R应选择阻值范围是_ 的滑动变阻器 (2)引起该实验系统误差的主要原因是_【解析】(1)由于电源是一节干电池(1.5 V)，应选择量程为3 V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般在几欧左右，加上保护电阻，最大电流在0.5 A左右，所以选量程为0.6 A的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成大的误差；所以定值电阻选1 考点二、实验数据的处理例2、某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9 ，可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig0.6 A，内阻rg0.1 )和若干导线 (1)请根据测定电动势E和内电阻r的要求，设计图甲中器件的连接方式，画线把它们连接起来(2)接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，并作记录当电阻箱的阻值R2.6 时，其对应的电流表的示数如图乙所示处理实验数据时，首先计算出每个电流值I的倒数，再制作R坐标图，如图丙所示，图丙中标注出了(，R)的几个与测量对应的坐标点请你将与图乙实验数据对应的坐标点也标注在图丙上(3)在图丙上把描绘出的坐标点连成图线(4)根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E_ V，内电阻r_ .【解析】(1)本实验是采用电流表和电阻箱组合测定电池电动势和内阻，只需将它们串联起来即可，实物连接如图(2)如图 考点三、实验设计创新例3、某同学设计了一个如图所示的实验电路，用以精确测定电源的电动势和内阻，使用的实验器材为：待测干电池组(电动势约3 V)、电压表(量程3 V，内阻约几千欧)、电阻箱(09999.99 )、滑动变阻器(010 )、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干(1)为精确测得电源的电动势和内阻，该同学想先测得电压表的内阻，按如上图所示的电路连线，通过控制开关状态来实现，则开关S2应打在_(a端还是b端)，开关S1应_(闭合还是断开)；(2)简要写出利用上图所示电路测量电压表内阻的实验步骤；(3)简要写出利用上图所示电路测量电源的电动势和内阻的实验步骤；(4)写出电源电动势真实值的表达式_，并比较真实值与测量值之间的关系E真_E测；(5)试分析用上述实验器材，能否建立U图象来求解电源的电动势和内阻？为什么？【经典考题精析】（2013·浙江卷）采用如图所示的电路“测定电池的电动势和内阻”(1)除了选用照片中的部分器材外，_(填选项)A还需要电压表B还需要电流表C还需要学生电源 D不再需要其他器材(2)测量所得数据如下：测量次数123456R/1.21.00.80.6来源:学|科|网0.40.2I/A来源:学&科&网0.600.700.800.891.001.20U/V0.900.780.740.670.620.43用作图法求得电池的内阻r_(3)根据第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻RA_【当堂巩固】1用电压表、电流表测定电池的电动势和内阻实验采用的是下列_电路图某同学将和测得的数值逐一描绘在坐标纸上，再根据这些点分别画出了图线a与b，如图实9-1所示，你认为比较合理的是图线_(填“a”或“b”)实图9-1根据该图线得到电源电动势的大小是_V；内阻是_(结果保留两位小数)2某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材：A被测干电池一节B电流表：量程00.6 A，内阻0.1 C电流表：量程03 A，内阻0.024 D电压表：量程03 V，内阻未知E电压表：量程015 V，内阻未知F滑动变阻器：010 ，2 AG滑动变阻器：0100 ，1 AH开关、导线若干在伏安法测电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻(1)在上述器材中请选择适当的器材：_(填写选项前的字母)；(2)在实图9-2(a)方框中画出相应的实验电路图；实图9-2(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图7-5-10(b)所示的U­I图象，则在修正了实验系统误差后，干电池的电动势E_ V，内电阻r_ .答案(1)ABDFH(2)如图(3)1.513某同学要测量一节旧电池的电动势和内阻，实验器材仅有一个电流表、一个电阻箱、一个开关和导线若干，该同学按如实图9-3所示电路进行实验，测得的数据如下表所示.实图9-3实验次数12345R()4.010.016.022.028.0I(A)1.00来源:学科网0.500.340.250.201/I(A1)1.02.02.94.05.0(1)若利用图象确定电池的电动势和内阻，则应作_(填“R­I”或“R­”)图象；(2)利用测得的数据在实图9-4中画出适当的图象；(3)由图象可知，该电池的电动势E_V，内阻r_；实图9-4(4)利用该实验电路测出的电动势E测和内阻r测与真实值E真和r真相比，理论上E测_E真，r测_r真(填“>”“<”或“”) (2)如图所示(3)6.0(5.86.2都可以)20(1.82.2都可以)(4)>4为了测量由两节干电池组成的电池组的电动势和内电阻，某同学设计了如实图9-5甲所示的实验电路，其中R为电阻箱，R05 为保护电阻(1)按照图甲所示的电路图，某同学已经在图乙所示电路中完成部分导线的连接，请你完成余下导线的连接实图9-5实图9-6(2)断开开关S，调整电阻箱的阻值，再闭合开关S，读取并记录电压表的示数及电阻箱接入电路中的阻值多次重复上述操作，可得到多组电压值U及电阻值R，并以为纵坐标，以为横坐标，画出的关系图线(该图线为一直线)，如实图9-6所示由图线可求得电池组的电动势E_V，内阻r_.(保留两位有效数字)(3)引起该实验系统误差的主要原因是_.5为测量一电源的电动势及内阻(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V的电压表A量程为1 V、内阻大约为1 k的电压表 B量程为2 V、内阻大约为2 k的电压表 C量程为3 V、内阻为3 k的电压表 选择电压表_串联_k的电阻可以改装成量程为9 V的电压表(2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号或 与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表)，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图(3)根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50 V时，电阻箱的阻值为15.0 ；电压表示数为2.00 V时，电阻箱的阻值为40.0 ，则电源的电动势E_V、内阻r_.