高考总复习物理随堂课件与课后习题第九章电路实验13测定电源的电动势和内阻.pptx

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1、高高 考考 总总 复复 习习 优优 化化 设设 计计GAO KAO ZONG FU XI YOU HUA SHE JIGAO KAO ZONG FU XI YOU HUA SHE JI实验实验1313测定电源的电动势和内阻测定电源的电动势和内阻第九章第九章2023内容索引0102强基础强基础 增分策略增分策略增素能增素能 精准突破精准突破03练练思维思维 迁移迁移运用运用强基础强基础 增分策略增分策略一、实验目的一、实验目的1.测量电源的电动势和内阻。2.加深对闭合电路欧姆定律的理解。二、实验思路二、实验思路如图甲或图乙所示,改变R的阻值,从电压表和电流表中读出几组U、I值,利用闭合电路的欧姆

2、定律求E、r值。三、实验器材三、实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔和刻度尺。四、进行实验四、进行实验1.按实验电路图连接电路。2.把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端。3.闭合开关,调节变阻器,记录几组I、U值,填入表格中。4.断开开关,拆除电路,整理好器材。五、数据处理五、数据处理方法一:列方程组求解电动势和内阻的大小根据以上三组方程分别求出E、r,再取其平均值作为电源的电动势E和内阻r。方法二:用作图法处理数据,如图所示。(1)图线与纵轴交点为E;六、误差分析六、误差分析1.由于读数不准和电表线性不良引起误差。2.用图像法求E和r时,由于作图不准确造

3、成误差。3.实验时通电时间过长或电流过大,都会引起E、r变化。4.若采用图甲电路,由于电压表的分流作用造成误差,电压值越大,电压表的分流越多,对应的I真与I测的差值越大。其U-I图像如图丙所示。结论:E测E真,r测r真。七、注意事项七、注意事项1.为了使电池的路端电压变化明显,应选内阻大些的电池(选用已使用过一段时间的干电池)。2.在实验中不要将I调得过大,每次读完U和I的数据后应立即断开电源,以免干电池的E和r明显变化。3.要测出多组(I,U)数据,且变化范围要大些。4.画U-I图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)。但这时图线与横轴交点

4、的横坐标值不再是短路电流,而图线与纵轴交点的纵坐标值仍为电源电动势,图线斜率的绝对值仍为内阻。易错辨析(1)滑动变阻器的滑片初始时应放在电阻为零的地方,这样可以保护电压表。()(2)根据实验记录的数据作U-I图像时,应通过尽可能多的点画一条直线,并使不在直线上的点大致均匀对称地分布在直线两侧。()(3)测量电源电动势和内阻的实验中,当采用本页图乙的实验思路时,E的测量无系统误差。()应用提升1.某同学想用伏安法测定一个电池的电动势和内阻,实验室的老师给他如下这些器材:电压表V(量程015V,内阻约15k);电流表A(量程03.0A,内阻约0.5);滑动变阻器R(0100,2.5A);定值电阻R

5、0(3,2.5A);开关,导线若干。甲乙实验后该同学用所测得的数据,已在U-I坐标中描好了数据点,如图乙所示,请完成下列问题:(1)为了尽可能地减小误差,请在图甲的基础上将本实验的电路图设计完整。(2)由图乙可求得该电源电动势E=V,内阻r=。(结果保留一位小数)答案(1)见解析(2)11.60.9解析(1)选用伏安法测量电动势和内阻,由于内阻较小,所以串联定值电阻作为保护电阻,同时为了减小误差,电流表采用相对电源的外接法,实验的电路图如图(a)所示。(a)(2)根据描出的点作出电源的特性曲线,如图(b)所示根据闭合电路欧姆定律可知U=E-I(R0+r)由图可知电源的电动势为E=11.6V,解

6、得r=0.9。(b)2.(2021湖北)某研究性学习小组欲较准确地测量一新型电池的电动势及其内阻(E约为10V,r约为2),提供的器材有:电流表A(满偏电流100mA,内阻rA=10),电阻箱R1(最大阻值10),电阻箱R2(最大阻值1000),开关与导线若干。(1)同学们根据给出的器材,设计出了如图所示的电路,图中电阻箱应选择(选填“R1”或“R2”)。(2)按电路图连接好电路,接通开关,改变电阻箱连入电路中的阻值,并记录电阻箱的阻值R及电流表的示数I,根据记录数据作出-R图像为一条直线,求得图像的纵截距为b,斜率为k,则电池电动势的表达式E=,内阻的表达式r=。(用题目中给出的相应字母表示

7、)增素能增素能 精准突破精准突破考点一考点一考点二考点二考点一考点一教材原型教材原型实验典例1.(2021山东济南高三二模)据媒体报道某艺术家用800个马铃薯和苹果通过镍钉和铜线连接起来,组成了一个超大的水果电池组,通过特殊装置就可以给手机充电。小明同学想通过实验来验证水果电池的可用性,他把铜片和锌片相隔约1cm插入一个苹果中,制成一个水果电池,并采用如图甲所示的电路测量该水果电池的电动势和内阻。小明同学查阅资料后得知,水果电池的电动势约为1V,内阻约为1000,电流表量程为3mA,内阻忽略不计。考点一考点一考点二考点二(1)实验室的电阻箱有两种规格:电阻箱R1(099.9)电阻箱R2(099

8、9.9),图甲中的电阻箱R应选用(选填“R1”或“R2”)。(2)闭合开关S,改变电阻箱R的阻值,并记录对应的电流表的示数,其中某次电流表的示数如图乙所示,则电流表的示数为mA。(3)利用电阻箱的阻值R与相应的电流表的示数I,做出R-图像,如图丙所示。根据图像可得,水果电池的电动势为V,内阻为。(结果均保留两位有效数字)(4)若考虑电流表的内阻不能忽略,水果电池内阻的测量值(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。思维点拨本实验属于“安阻法”测量。考点一考点一考点二考点二答案(1)R2(2)1.00(3)1.11.1103(4)大于解析(1)电源内阻是1000,故选用R2,电流表示数才会有明显

9、变化。(2)电流表的精度为0.1mA,向后估读一位,故读数为1.00mA。考点一考点一考点二考点二考题点睛 考点考向 点睛测量电动势和内电阻1.掌握测量电源电动势和内阻的三种常用方法:任何一种实验方法。一定要紧扣闭合电路欧姆定律E=U+Ir,而最关键的是看电路中如何测量出路端电压U和电路中的总电流I,这也是命题专家命题时的入手点。如下:2.在数据处理问题中,利用图像得出电动势和内阻是常见的方法注意“化曲为直”考点一考点一考点二考点二考点二考点二实验的改的改进与与创新新创新点点睛1.仪器的使用创新、装置的改造、实验器材的创新考查1.与原型实验对比:根据题意找出题中实验在教材中的实验原型或原理,如

10、电压表换成电压传感器等2.根据题中所提供的实验器材与原型中的器材比较,用改装的方法完成实验3.在测量电表的内阻时,要把电表当作能读数的电阻,充分利用待测电表自身的测量功能,即电流表可测定通过自身的电流,电压表可测定自身两端的电压,不需要其他的电表来测量考点一考点一考点二考点二创新点点睛2.数据的灵活处理应用图像处理数据细心推导找关系,数形转换是关键。在实验中,数据处理的常用方法有公式法、列表法、图像法、逐差法等,电学实验最常考的是图像法3.实验原理的创新电路的设计此类题应以掌握常规实验原理、实验方法、规范操作程序、数据处理方法等为根本依据,从题目给出的电路原理图入手分析,再结合已有的电学知识(

11、如串并联关系、闭合电路欧姆定律等)和实验方法进行推理,找到突破方向考点一考点一考点二考点二典例2.(2021天津河西一模)某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1=1.0k,电阻R1=9.0k,为了方便读数和作图,给电池串联一个R0=3.0的电阻。(1)按图示电路进行连接后,发现aa、bb和cc三条导线中,混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的,将开关S闭合,用多用电表的电压挡先测量a、b间电压,读数不为零,再测量a、a间电压,若读数不为零,则一定是导线断开;若读数为零,则一定是导线断开。考点一考点一考点二考点二(2)排除故障后,该小

12、组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置,得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据,作出图像如乙图。由I1-I2图像得到电池的电动势E=V,内阻r=。思维点拨本实验属于仪器的使用创新、装置的改造没有直接给定电压表,需要用电流表改装。考点一考点一考点二考点二答案(1)aabb(2)1.41(1.361.44均可)0.5(0.40.6均可)解析(1)用电压挡检测电路故障,电压表的表头是电流计,原电路有断路,回路中无电流,将电压表接在ab间后有示数,说明电路被接通,即ab间有断路故障,再测量aa间电压,电压表读数不为零,说明断路故障的范围被缩小到aa间,则一定是aa导线断开;若读数为零,则说明

13、电路仍未被接通,断路故障的范围被确定在bb间。(2)根据闭合电路的欧姆定律E=I1(R1+r1)+(I1+I2)(R0+r),I1I2,上式可简化为E=I1(R1+r1)+I2(R0+r),读出两点坐标(60,0.12)和(260,0.05),代入方程解得电动势E=1.41V,内阻r=0.5。考点一考点一考点二考点二考题点睛 考点考向 点睛装置的改造、实验器材的创新考查方法:1.利用电流表改装的电压表,应用伏安法测量电动势和内电阻;2.要注意纵轴截距和斜率表示什么,要利用闭合电路的欧姆定律导出其函数关系练思维练思维 迁移运用迁移运用1.(2021河北邢台高三联考)某同学利用如图甲所示的电路测量

14、一电源的电动势和内阻,其中电压表V的内阻很大,电流表A的内阻为2.5。(1)请根据图甲,用笔画线代替导线,将图乙所示的实物图连接完整。甲乙(2)为保证电路安全,实验开始前,应使电阻箱的阻值(选填“最大”或“最小”)。(3)改变电阻箱的阻值,记录多组电压表的示数U以及电流表对应的示数I,作出U-I图像,如图丙所示。则该电源的电动势为V,内阻为。丙答案(1)见解析图(2)最大(3)5.97.5解析(1)根据电路图连接实物图如图所示。(2)为保证电路安全,实验开始前,应使电阻箱的阻值最大。(3)由电路图可知U=E-I(r+RA),则可知图像的纵截距为电源的电动势,因此E=5.9V,图像斜率的绝对值|

15、k|=RA+r=10,则r=|k|-RA=10-2.5=7.5。2.(2021天津卷)随着智能手机的广泛应用,充电宝成为手机及时充电的一种重要选择。充电宝可以视为与电池一样的直流电源。一充电宝的电动势约为5V,内阻很小,最大放电电流为2A,某实验小组测定它的电动势和内阻。他们剥开充电宝连接线的外绝缘层,里面有四根导线,红导线为充电宝的正极,黑导线为充电宝的负极,其余两根导线空置不用,另有滑动变阻器R用于改变电路中的电流,定值电阻R0=3,两只数字多用电表M、N,两表均为理想电表,并与开关S连成如图所示电路。(1)图中测量电流的电表是,测量电压的电表是。(均选填字母“M”或“N”)(2)调节滑动

16、变阻器,测得多组I、U数据,记录如下表,其中只有一个数据记录有误,审视记录的数据,可以发现表中第(填测量次数的序号)次的记录数据有误。次数1234567电流I/A0.2990.4770.6840.8771.0651.2811.516电压U/V4.9704.9524.9324.9424.8944.8724.848(3)电路中接入R0的作用是(填选项前的字母)。A.使测电流的电表读数变化明显B.为了更准确地测量充电宝内阻C.避免使充电宝的放电电流过大D.减小测量电压的电表分流作用答案(1)NM(2)4(3)C解析(1)器件N串联在电路中,测量干路电流,所以N为电流表;器件M一端接在开关上,另一端接

17、在充电宝的负极,闭合开关后相当于并联在电源两端,所以M为电压表,测量路端电压。(2)题中表格的电流I不断增大,根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir可知路端电压U不断减小,电压表的示数不断减小,所以第4次的记录数据有误。(3)因为充电宝的内阻很小,所以电阻R0串联在电路中,起保护电路的作用,避免使充电宝的放电电流过大损坏电路中的器件,故选C。3.(2022广东广州高三一模)某同学要测量量程为3V电压表的内阻值,步骤如下:甲(1)先用多用电表的欧姆挡测量量程为3V电压表的内阻值,用欧姆“100”挡测量,表盘示数如图甲所示,则电压表示数为V,阻值约为。(2)要进一步精确测量电压表内阻值,实验室中可提供的

18、器材有:电阻箱R,最大电阻为9999;定值电阻r=2k;电动势约为6V,内阻不计的电源E;开关、导线若干。实验的电路图如图乙所示,先正确连好电路,闭合开关S前,先调节电阻箱至电阻值(选填“最大”或“最小”)。闭合开关S,调节电阻箱R的电阻值,使得电压表的指针半偏,记下此时电阻箱R的电阻值R1=4450;然后再调节电阻箱R的值,使电压表的指针满偏,记下此时电阻箱R的电阻值R2=150。计算得电压表内阻值RV=;若电源的内阻不能忽略,则电压表内阻RV的测量值将(选填“偏小”“不变”或“偏大”)。乙答案(1)2.202200(2)最大2150偏大解析(1)电压表的最小分度为0.1V,应估读到0.01

19、V,故读数为2.20V;已知选择多用电表欧姆“100”挡,所以阻值为22100=2200。(2)为保护电压表,在闭合开关S前,应调节电阻箱至电阻值最大设电压表半偏时电流为I,则电压表满偏时电流为2I,由闭合电路欧姆定律可得E=I(RV+R1+r)E=2I(RV+R2+r)联立代入数据可解得RV=2150若电源的内阻不能忽略,假设为r,则闭合电路欧姆定律应为E=I(RV+R1+r+r)=2I(RV+R2+r+r)代入数据可解得电压表内阻的实际值为RV=2150-r,则电压表内阻RV的测量值偏大。4.(2022福建泉州高三月考)某同学要测量一节干电池的电动势和内电阻,实验室提供如下器材:待测干电池

20、(电动势E约1.5V,内阻r约1)电流计G(满偏电流Ig=3mA,内阻rg=10);电流表A(量程00.6A,内阻约0.2);滑动变阻器R1(最大阻值10);定值电阻R2=900;定值电阻R3=990;开关S和导线若干。(1)为了把电流计G改装成量程为3V的电压表,应 。A.将R2与电流计G串联B.将R2与电流计G并联C.将R3与电流计G串联D.将R3与电流计G并联(2)在尽可能减小实验误差的情况下,请在虚线框内将实验电路原理图补充完整。(3)以I1表示电流计G的示数,I2表示电流表A的示数,若已测出电源的内阻为r,则电动势E=(用题目中所给符号表示)。答案(1)C(2)见解析(3)I1(rg

21、+R3)+(I1+I2)r解析(1)为了把电流计G改装成量程为3V的电压表需要串联一个大的电阻,则有(2)在尽可能减小实验误差的情况下,电路采用伏安法外接法,电压表需要用改装后的电表表示,电路图如图所示(3)根据闭合电路欧姆定律可知E=U+IrU=I1(rg+R3)I=I1+I2整理得E=I1(rg+R3)+(I1+I2)r5.(2021河北唐山模拟)某同学准备利用下列器材测量电源电动势和内阻。A.干电池两节,每节电动势约为1.5V,内阻约几欧姆B.直流电压表V1,量程为3V,内阻约为3kC.直流电压表V2,量程为3V,内阻约为3kD.定值电阻R0,阻值为10E.滑动变阻器R,最大阻值50E.

22、导线和开关(1)该同学连接的实物图如图甲所示,其中还有一根导线没有连,请补上这根导线(要求在闭合开关前不再调节滑动变阻器)。(2)实验中移动滑动变阻器滑片,读出电压表V1和V2的示数得到多组数据U1、U2,描绘出U1-U2图像如图乙所示,图中直线斜率为k,横轴上的截距为a,甲乙解析(1)合上开关前,滑动变阻器接入电路的阻值应为最大,实物图连接如图所示。6.(2022河北高三月考)某同学想要精确测量如图甲所示的玩具小车上的太阳能电池的电动势和内阻。他借助测电源电动势和内阻的方法得到该电池在某一光照条件下的U-I图像,如图乙所示。(1)分析该曲线可知,该电池板作为电源时的电动势约为V,其内阻随输出

23、电流的增大而(选填“增大”“不变”或“减小”)。(2)若把该电池板与阻值为1的定值电阻连接构成一个闭合电路,在该光照条件下,该定值电阻的功率是W。(结果保留三位有效数字)答案(1)2.80(2.792.81均可)增大(2)3.24(3.203.28均可)解析(1)当电路的电流为零时,电压表的读数为电源电动势,由图像乙可知,电源电动势约为2.80V;光伏电池的内阻大小为U-I图像的切线斜率绝对值的大小,由图像可知,光伏电池的内阻随输出电流的增大而增大。(2)若与1的电阻连接构成一个闭合电路,在U-I图像中作出对应电阻的伏安特性曲线,如图所示。图线的交点为电源的工作点,此时流过定值电阻的电流I=1.8A,电阻两端的电压为U=1.8V,则定值电阻的功率P=UI=3.24W。本 课 结 束