2020高考物理一輪總復習第八章實驗十測定電源的電動勢和內(nèi)阻講義含解析新人教版.docx

實驗十測定電源的電動勢和內(nèi)阻 注意事項1可選用舊電池：為了使電路的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過一段時間的1號干電池2電流不要過大，讀數(shù)要快：干電池在大電流放電時，電動勢E會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大因此，實驗中不要將I調(diào)得過大，讀電表要快，每次讀完立即斷電3計算法求E、r：要測出不少于6組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時，要將測出的I、U數(shù)據(jù)中，第1和第4為一組、第2和第5為一組、第3和第6為一組，分別解出E、r值再求平均值4合理選擇標度：為使圖線分布空間大，如圖所示，縱坐標可以不從零開始，則圖線和橫軸的交點不再是短路電流，電源的內(nèi)阻不能用r確定，應根據(jù)r確定 誤差分析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(jié)果是：E測E真，r測r真熱點一實驗原理與操作典例賞析典例1用實驗測一電池的內(nèi)阻r和一待測電阻的阻值Rx.已知電池的電動勢約為6 V，電池內(nèi)阻和待測電阻阻值都為數(shù)十歐可選用的實驗器材有：電流表A1(量程030 mA)；電流表A2(量程0100 mA)；電壓表V(量程06 V)；滑動變阻器R1(阻值05 )；滑動變阻器R2(阻值0300 )；開關S一個，導線若干條某同學的實驗過程如下：.設計如圖甲所示的電路圖，正確連接電路甲.將R的阻值調(diào)到最大，閉合開關，逐次調(diào)小R的阻值，測出多組U和I的值，并記錄以U為縱軸，I為橫軸，得到如圖乙所示的圖線乙.斷開開關，將Rx改接在B、C之間，A與B直接相連，其他部分保持不變重復的步驟，得到另一條UI圖線，圖線與橫軸I的交點坐標為(I0,0)，與縱軸U的交點坐標為(0，U0)回答下列問題：(1)電流表應選用_，滑動變阻器應選用_.(2)由圖乙的圖線，得電源內(nèi)阻r_ .(3)用I0、U0和r表示待測電阻的關系式Rx_，代入數(shù)值可得Rx.(4)若電表為理想電表，Rx接在B、C之間與接在A、B之間，滑動變阻器滑片都從最大阻值位置調(diào)到某同一位置，兩種情況相比，電流表示數(shù)變化范圍_，電壓表示數(shù)變化范圍_.(選填“相同”或“不同”)解析(1)由UI圖線可知電流表量程應為0100 mA，故選A2.路端電壓大于5.5 V，而電源電動勢E6 V，故R外r，則滑動變阻器選R2.(2)由題圖得：r25 .(3)Rxr，Rxr.(4)電流I，rRx一定，R從300 變到某同一阻值，電流變化范圍相同Rx接AB間時，U(RRx)，Rx接BC間時，UR，故兩種情況下電壓變化不同答案(1)A2R2(2)25(3)r(4)相同不同題組鞏固1用電流表和電壓表測定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組(電動勢約4.5 V，內(nèi)電阻約1 )的電動勢和內(nèi)電阻，除待測電池組、電鍵、導線外，還有下列器材供選用：A電流表：量程0.6 A，內(nèi)電阻約1 B電流表：量程3 A，內(nèi)電阻約0.2 C電壓表：量程3 V，內(nèi)電阻約30 kD電壓表：量程6 V，內(nèi)電阻約60 kE滑動變阻器：01 000 ，額定電流0.5 AF滑動變阻器：020 ，額定電流2 A(1)為了使測量結(jié)果盡量準確，電流表應選用_，電壓表應選用_，滑動變阻器應選用_(均填儀器的字母代號)(2)下圖為正確選擇儀器后，連好的部分電路為了使測量誤差盡可能小，還需在電路中用導線將_和_相連、_和_相連、_和_相連(均填儀器上接線柱的字母代號)(3)實驗時發(fā)現(xiàn)電流表壞了，于是不再使用電流表，剩余儀器中僅用電阻箱替換掉滑動變阻器，重新連接電路，仍能完成實驗實驗中讀出幾組電阻箱的阻值R和對應電壓表的示數(shù)U.用圖象法處理采集到的數(shù)據(jù)，為在直角坐標系中得到的函數(shù)圖象是一條直線，則可以_為縱坐標，以_為橫坐標解析：(1)因三節(jié)干電池的電動勢約為4.5 V，故電壓表應選D；因干電池放電電流不宜超過0.5 A，故電流表應選A；由電壓表和電流表的測量范圍可知滑動變阻器選用F即可(2)本實驗的實驗電路如圖甲所示所以還需要用導線將a與d相連，c與g相連，f與h相連(3)電阻箱代替滑動變阻器，實驗電路圖如圖乙所示根據(jù)閉合電路歐姆定律得UrE，整理可得三種情況：，以為縱坐標，為橫坐標，在直角坐標系中圖象為一條直線；UEr，以U為縱坐標，為橫坐標，在直角坐標系中圖象為一條直線；R，以為縱坐標，R為橫坐標，在直角坐標系中圖象為一條直線答案：(1)ADF(2)adcgfh (3)2某實驗小組利用如圖所示電路測定一節(jié)電池的電動勢和內(nèi)電阻，備有下列器材：待測電池，電動勢約為1.5 V(小于1.5 V)電流表，量程3 mA電流表，量程0.6 A電壓表，量程1.5 V電壓表，量程3 V滑動變阻器，020 開關一個，導線若干(1)請選擇實驗中需要的器材_(選填標號)(2)按電路圖將實物(如圖甲所示)連接起來(3)小組由實驗數(shù)據(jù)作出的UI圖象如圖乙所示，由圖象可求得電源電動勢為_V，內(nèi)電阻為_ .解析：(1)電流表量程3 mA不能滿足實驗需要，故選量程為0.6 A的電流表；電動勢小于1.5 V，故選量程為1.5 V的電壓表其他都是電路必需器材，故所需器材為：.(2)如圖所示(3)根據(jù)圖象得：E1.40 V，r2.8 .答案：(1)(2)圖見解析(3)1.402.8熱點二數(shù)據(jù)處理及誤差分析典例賞析典例2硅光電池是一種可將光能轉(zhuǎn)化為電能的元件某同學利用圖甲所示電路探究某硅光電池的路端電壓U與電流I的關系圖中定值電阻R02 ，電壓表、電流表均可視為理想電表(1)用筆畫線代替導線，根據(jù)電路圖，將圖乙中的實物電路補充完整(2)實驗一：用一定強度的光照射硅光電池，閉合開關S，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R的阻值，通過測量得到該電池的UI曲線a(見圖丙)則由圖象可知，當電流小于200 mA時，該硅光電池的電動勢為_ V，內(nèi)阻為_ .(3)實驗二：減小光照強度，重復實驗，通過測量得到該電池的UI曲線b(見圖丙)當可調(diào)電阻R的阻值調(diào)到某值時，若該電路的路端電壓為1.5 V，由曲線b可知，此時可調(diào)電阻R的電功率約為_ W(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析(1)分析題圖甲所示實驗原理圖，根據(jù)原理圖連接實物電路圖，如圖所示(2)在硅光電池的UI圖象中，當I0時，UE，圖線斜率的絕對值表示內(nèi)阻由圖線a可知E2.9 V，在電流小于200 mA的情況下，此電池的內(nèi)阻r4.0 .(3)由圖線b可知，在實驗二中當路端電壓為1.5 V時，電路電流I60 mA0.06 A，由歐姆定律可知，此時外電阻R外25 ，可調(diào)電阻阻值RR外R025 2 23 ，可調(diào)電阻消耗的電功率PI2R(0.06 A)223 0.083 W.答案(1)圖見解析(2)2.94.0(3)0.083題組鞏固3(2017天津卷)某探究性學習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r11.0 k，電阻R19.0 k，為了方便讀數(shù)和作圖，給電池串聯(lián)一個R03.0 的電阻(1)按圖示電路進行連接后，發(fā)現(xiàn)aa、bb和cc三條導線中，混進了一條內(nèi)部斷開的導線為了確定哪一條導線內(nèi)部是斷開的，將電鍵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_導線斷開；若讀數(shù)為零，則一定是_導線斷開(2)排除故障后，該小組順利完成實驗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)，作出圖象如圖由I1I2圖象得到電池的電動勢E_V，內(nèi)阻r_.解析：(1)用電壓擋檢測電路故障，電壓表的表頭是電流計，原電路有斷路，回路中無電流，將電壓表接在ab間后有示數(shù)，說明電路被接通，即ab間有斷路故障，再測量aa間電壓，電壓表讀數(shù)不為零，說明斷路故障的范圍被縮小到aa間，則一定是aa導線斷開；若讀數(shù)為零，則說明電路仍未被接通，斷路故障的范圍被確定在bb間(2)根據(jù)閉合電路的歐姆定律：EI1(R1r1)(I1I2)(R0r)，讀出兩點坐標：(60,0.12)和(260,0.05)，代入方程解得：電動勢E1.4 V，內(nèi)阻r0.5 .答案：(1)aabb(2)1.4(1.361.44均可)0.5(0.40.6均可)4某同學為了測量一節(jié)電池的電動勢和內(nèi)阻，從實驗室找到以下器材：一個滿偏電流為100 A，內(nèi)阻為2 500 的表頭，一個開關，兩個電阻箱(0999.9 )和若干導線(1)由于表頭量程偏小，該同學首先需將表頭改裝成量程為50 mA的電流表，則應將表頭與電阻箱_(填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)，并將該電阻箱阻值調(diào)為_ .(2)接著該同學用改裝的電流表對電池的電動勢及內(nèi)阻進行測量，實驗電路如圖所示，通過改變電阻R測相應的電流I，且作相關計算后一并記錄如下表123456R/95.075.055.045.035.025.0I/mA15.018.724.829.536.048.0IR/V1.421.401.361.331.261.20根據(jù)表中數(shù)據(jù)，下圖中已描繪出四個點，請將第5、6兩組數(shù)據(jù)也描繪在圖中，并畫出IRI圖線根據(jù)圖線可得電池的電動勢E是_ V，內(nèi)阻r是_ .解析：(1)Ig100 A，Rg2 500 ，量程I50 mA，根據(jù)并聯(lián)分流原理，改裝成大量程電流表需并聯(lián)的電阻R5.0 ；(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律，EIRIr，即IREIr，所以IRI圖象的縱軸截距即等于電池的電動勢E的大小，斜率的絕對值即等于電池內(nèi)阻r的大小，由圖象可求出E1.53 V，r2.0 .答案：(1)并聯(lián)5.0(2)作圖略1.532.0熱點三拓展創(chuàng)新實驗核心提煉1實驗方法、方案的選擇根據(jù)題目所給儀器確定實驗方案(伏安法、安阻法、伏阻法等)安阻法伏阻法R縱軸截距為，斜率為縱軸截距為，斜率為E測E真，r測r真E測E真，r測r真伏伏法：用兩個電壓表可測得電源的電動勢，電路如圖所示測量方法為：斷開S，測得V1、V2的示數(shù)分別為U1、U2，此時，EU1U2r，RV為V1的內(nèi)阻；再閉合S，V1的示數(shù)為U1，此時EU1r，解方程組可求得E、r.粗測法：用一只電壓表粗測電動勢，直接將電壓表接在電源兩端，所測值近似認為是電源電動勢，此時UE，需滿足RVr.2實驗器材的靈活選用如：(1)定值電阻可以作為保護電阻(2)定值電阻可以當電壓表使用(3)定值電阻可以當電流表使用(4)電壓表可以當小量程的電流表使用典例賞析典例3利用如圖甲所示電路，可以測量電源的電動勢和內(nèi)阻，所用的實驗器材有：待測電源，電阻箱R(最大阻值為999.9 )，電阻R0(阻值為3.0 )，電阻R1(阻值為3.0 )，電流表A(量程為200 mA，內(nèi)阻為RA6.0 )，開關S.實驗步驟如下：將電阻箱阻值調(diào)到最大，閉合開關S；多次調(diào)節(jié)電阻箱，記下電流表的示數(shù)I和電阻箱相應的阻值R；以為縱坐標，R為橫坐標，作 R圖線(用直線擬合)；求出直線的斜率k和在縱軸上的截距b.回答下列問題：(1)分別用E和r表示電源的電動勢和內(nèi)阻，則與R的關系式為_.(2)實驗得到的部分數(shù)據(jù)如下表所示，其中電阻R3.0 時電流表的示數(shù)如圖乙所示，讀出數(shù)據(jù)，完成下表答：_，_.R/1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.1250.1000.0910.0840.077/A16.998.0010.011.011.913.0(3)在圖丙的坐標紙上將所缺數(shù)據(jù)點補充完整并作圖，根據(jù)圖線求得斜率k_A11，截距b_A1.(4)根據(jù)圖線求得電源電動勢E_V，內(nèi)阻r_.解析(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律可知：EIRA(RR0r)將R03.0 ，R13.0 ，RA6.0 代入上式得R(5.0r)(2)從讀數(shù)上，有效數(shù)字要一致，即讀數(shù)是0.110 A，倒數(shù)是9.09 A1.(3)由R關系式可知k，截距b(5.0r)；由給出的數(shù)據(jù)作出圖象，連線時使盡可能多的點在同一直線上，不在直線上的點要均勻分布在直線兩側(cè)由圖象可知，k1.0 A11，b6.0 A1.(4)電源電動勢E3.0 V，電源內(nèi)阻r1.0 .答案(1)R(5.0r)(2)0.1109.09(3)圖見解析1.0(0.961.04間均對)6.0(5.96.1間均對)(4)3.0(2.73.3間均對)1.0(0.61.4間均對)題組鞏固5(2019湖北八校聯(lián)考)甲同學設計了如圖甲所示的電路來測量電源電動勢E及電阻R1和R2的阻值實驗器材有：待測電源E(不計內(nèi)阻)，待測電阻R1，待測電阻R2，電壓表V(量程為1.5 V，內(nèi)阻很大)，電阻箱R(099.99 )，單刀單擲開關S1，單刀雙擲開關S2，導線若干(1)先測電阻R1的阻值請將甲同學的操作補充完整：閉合S1，將S2切換到a，調(diào)節(jié)電阻箱，讀出其示數(shù)R0和對應的電壓表示數(shù)U1.保持電阻箱示數(shù)不變，_，讀出電壓表的示數(shù)U2.則電阻R1的表達式為R1_.(2)甲同學已經(jīng)測得電阻R14.80 ，繼續(xù)測電源電動勢E和電阻R2的阻值，該同學的做法是：閉合S1，將S2切換到a，多次調(diào)節(jié)電阻箱，讀出多組電阻箱示數(shù)R和對應的電壓表示數(shù)U，用測得的數(shù)據(jù)，繪出了如圖乙所示的圖線，則電源電動勢E_V，電阻R2_(保留三位有效數(shù)字)解析：(1)保持電阻箱示數(shù)不變，將S2切換到b，由于R和R1串聯(lián)，所以通過R1的電流I，R1兩端的電壓為U2U1，所以R1R0.(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律，E(4.8R2R)，所以(4.8R2)，由此式看出，圖線的截距為0.7，斜率k(4.8R2)4.2，由此兩式得，E1.43 V，R21.20 .答案：(1)將S2切換到bR0 (2)1.431.206(2018江蘇卷)一同學測量某干電池的電動勢和內(nèi)阻(1)如圖所示是該同學正準備接入最后一根導線(圖中虛線所示)時的實驗電路請指出圖中在器材操作上存在的兩個不妥之處_；_.(2)實驗測得的電阻箱阻值R和電流表示數(shù)I，以及