2021屆高考物理一輪復(fù)習(xí)第八章恒定電流實(shí)驗(yàn)測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻教學(xué)案滬科版

1、- 1 -實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻一、基本原理與操作裝置及器材操作要領(lǐng)(1)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，可用舊的 1 號干電池。(2)控制電流，讀數(shù)要快：干電池在大電流放電時(shí)，電動(dòng)勢e會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大，因此，實(shí)驗(yàn)中不要將i調(diào)得過大；電表讀數(shù)要快，每次讀完立即斷電。(3)減小誤差：要測出不少于 6 組的(i、u)數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些。(4)合理選擇標(biāo)度：畫ui圖線時(shí)，縱軸u的刻度可以從不為零的合適的值開始，而橫坐標(biāo)i必須從零開始。二、數(shù)據(jù)處理1.公式法列方程組eu1i1reu2i2r，得出ei1u2i2u1i1i2ru2u

2、1i1i2，多次測量求平均值2.圖象法(如圖 1 所示)圖 1由ueri可知(1)圖線與縱軸交點(diǎn)為e(2)圖線斜率的絕對值表示r|ui|誤差分析- 2 -(1)系統(tǒng)誤差：測量值偏?。篹測e真，r測r真。實(shí)驗(yàn)時(shí)通電時(shí)間過長或電流過大，都會引起e、r變化。(2)偶然誤差：電表讀數(shù)不準(zhǔn)。用圖象法求e和r時(shí)，由于作圖不準(zhǔn)確造成誤差。教材原型實(shí)驗(yàn)命題角度伏安法測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻【例 1】 (2016高考四川卷)用如圖 2 所示電路測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)器材：待測電源(電動(dòng)勢約 3 v，內(nèi)阻約 2 )，保護(hù)電阻r1(阻值 10 )和r2(阻值 5 )，滑動(dòng)變阻器r，電流表 a，電壓表 v，開關(guān) s

3、，導(dǎo)線若干。圖 2實(shí)驗(yàn)主要步驟：()將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)；()逐漸減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)u和相應(yīng)電流表的示數(shù)i；()以u為縱坐標(biāo)，i為橫坐標(biāo)，作ui圖線(u、i都用國際單位)；()求出ui圖線斜率的絕對值k和在橫軸上的截距a?；卮鹣铝袉栴}：(1)電壓表最好選用_；電流表最好選用_。a.電壓表(03 v，內(nèi)阻約 15 k)b.電壓表(03 v，內(nèi)阻約 3 k)c.電流表(0200 ma，內(nèi)阻約 2 )d.電流表(030 ma，內(nèi)阻約 2 )(2)滑動(dòng)變阻器的滑片從左向右滑動(dòng)，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大。兩導(dǎo)線與滑動(dòng)變阻器接線柱連接情況是_。a.兩導(dǎo)線接在滑

4、動(dòng)變阻器電阻絲兩端的接線柱b.兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿兩端的接線柱c.一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱- 3 -d.一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲右端接線柱(3)選用k、a、r1和r2表示待測電源的電動(dòng)勢e和內(nèi)阻r的表達(dá)式e_，r_，代入數(shù)值可得e和r的測量值。解析(1)電路中電壓表的內(nèi)阻越大分流越小，實(shí)驗(yàn)誤差越小，故選內(nèi)阻大的電壓表 a；回路中電流的最大值imaxer1r2rra158 ma，故電流表選 c。(2)當(dāng)電壓表示數(shù)變大時(shí)，說明外電路電阻變大，即滑片從左向右滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻變大，對于 a、b 兩選

5、項(xiàng)，在滑片移動(dòng)的過程中回路電阻不變，選項(xiàng) c 中滑片向右移動(dòng)時(shí)回路電阻變大，選項(xiàng) d 中，滑片向右移動(dòng)時(shí)回路電阻變小，故選項(xiàng) c 正確。(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律，得eui(r2r)，即uei(r2r)，所以kr2r，所以rkr2，橫截距為u0 時(shí)，ia，即 0eak，所以eak。答案(1)ac(2)c(3)akkr2命題角度安阻法測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻【例 2】 (2018江蘇高考，10)一同學(xué)測量某干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻。(1)圖 3 所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時(shí)的實(shí)驗(yàn)電路。請指出圖中在器材操作上存在的兩個(gè)不妥之處。圖 3(2)實(shí)驗(yàn)測得的電阻箱阻值r和電流表示數(shù)i，以及

6、計(jì)算的1i數(shù)據(jù)見下表：r/8.07.06.05.04.0i/a0.150.170.190.220.261i/a16.75.95.34.53.8- 4 -根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在方格紙上作出r1i關(guān)系圖象。由圖象可計(jì)算出該干電池的電動(dòng)勢為_ v；內(nèi)阻為_ 。(3)為了得到更準(zhǔn)確的測量結(jié)果，在測出上述數(shù)據(jù)后，該同學(xué)將一只量程為 100 mv 的電壓表并聯(lián)在電流表的兩端。調(diào)節(jié)電阻箱，當(dāng)電流表的示數(shù)為 0.33 a 時(shí)，電壓表的指針位置如圖 4所示，則該干電池的電動(dòng)勢應(yīng)為_ v，內(nèi)阻應(yīng)為_ 。圖 4解析(1)開關(guān)不應(yīng)該閉合，應(yīng)該保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。電阻箱要以最大阻值接入，然后再調(diào)小。(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)連線如圖所

7、示。由閉合電路歐姆定律，eirir得re1ir，類似于一次函數(shù)ykxb的形式，r1i圖象的斜率表示電動(dòng)勢e，縱截距絕對值為內(nèi)阻r。讀圖可知，e1.4 v，r1.2 。(3)因?yàn)殡妱?dòng)勢是一個(gè)常數(shù) 1.4 v，電流表的內(nèi)阻rauai0.2 ，干電池的內(nèi)阻為 1.2 0.2 1.0 。答案(1)開關(guān)未斷開電阻箱阻值為零(2)見解析圖1.4(1.301.44 都算對)1.2(1.01.4 都算對)(3)1.4結(jié)果與(2)問第一個(gè)空格一致1.0結(jié)果比(2)問第二個(gè)空格小 0.2- 5 -命題角度伏阻法測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻【例 3】 (2019威海模擬)在研究性課題中，小剛、小聰和小明所在的小組收集了手機(jī)

8、的電池以及從廢舊收音機(jī)上拆下的電阻、電容器、電感線圈等電子器件。現(xiàn)從這些材料中選取兩個(gè)待測元件進(jìn)行研究，一是電阻rx(阻值約 2 k)，二是手機(jī)中常用的鋰電池(電動(dòng)勢e的標(biāo)稱值為 3.4 v)。在操作臺上還準(zhǔn)備了如下實(shí)驗(yàn)器材：a.電壓表 v(量程 4 v，電阻rv約 10 k)；b.電流表 a1(量程 100 ma，內(nèi)阻ra1約 5 )；c.電流表 a2(量程 2 ma，內(nèi)阻ra2約 50 )；d.滑動(dòng)變阻器r(040 ，額定電流 1 a)；e.電阻箱r0(0999.9 )；f.開關(guān) s 一只、導(dǎo)線若干。(1)小剛采用伏安法測定rx的阻值，他使用的電源是待測的鋰電池。如圖 5 是他連接的部分實(shí)

9、驗(yàn)器材，請你完成實(shí)物連接。小剛選用的電流表應(yīng)是_ (選填“a1”或“a2”)；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_ (選填“大于”或“小于”)真實(shí)值。圖 5(2)小聰和小明設(shè)計(jì)了如圖 6 甲所示的電路圖測量鋰電池的電動(dòng)勢e和內(nèi)阻r。圖 6a.小聰?shù)膶?shí)驗(yàn)操作是：閉合開關(guān) s，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值為r1時(shí)，讀出電壓表的示數(shù)為u1；調(diào)節(jié)電阻箱的阻值為r2時(shí)，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(dòng)勢，其表達(dá)式為e_ ；b.小明認(rèn)為用線性圖象處理數(shù)據(jù)更便于分析。他在實(shí)驗(yàn)中多次改變電阻箱阻值，獲取了多組數(shù)據(jù)，畫出的1u1r圖象為一條直線(見圖乙)。則該圖象的函數(shù)

10、表達(dá)式為1u_ ，由圖乙可知該電池的電動(dòng)勢e_ v，內(nèi)阻r_ 。- 6 -解析(1)測量rx的阻值時(shí)，滑動(dòng)變阻器采取分壓接法，由于待測電阻的阻值較大，電流表采取內(nèi)接法，實(shí)物圖如圖所示：通過待測電阻的最大電流為im3.42 000a1.7 ma，故電流表選取 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)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(shí)值。(2)a.由閉合電路的歐姆定律可知eu1u1r1r，eu2u2r2r聯(lián)立解得eu1u2（r1r2）u2r1u1r2b.由閉合電路的歐姆定律可知euurr整理得1urer1e所以截距1e0.3解得e103v斜率re0.60.34.

11、0340解得r0.25 。答案(1)見解析圖a2大于(2)a.u1u2（r1r2）u2r1u1r2b.rer1e103或 3.30.25實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新命題角度電表改裝后測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻【例 1】 2017天津理綜，9(3)某探究性學(xué)習(xí)小組利用如圖 7 所示的電路測量電池的電動(dòng)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- 7 -電池串聯(lián)一個(gè)r03.0 的電阻。圖 7按圖示電路進(jìn)行連接后，發(fā)現(xiàn)aa、bb和cc三條導(dǎo)線中，混進(jìn)了一條內(nèi)部斷開的導(dǎo)線。為了確定哪一條導(dǎo)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

12、量a、a間電壓，若讀數(shù)不為零，則一定是_導(dǎo)線斷開；若讀數(shù)為零，則一定是_導(dǎo)線斷開。排除故障后，該小組順利完成實(shí)驗(yàn)。通過多次改變滑動(dòng)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 8。由i1i2圖象得到電池的電動(dòng)勢e_ v，內(nèi)阻r_ 。圖 8解析用多用電表的電壓擋檢測電路故障，電壓表的表頭是電流計(jì)，原電路有斷路，回路中無電流，將電壓表接在a、b間后有示數(shù)，說明電路被接通，即a、b間有斷路故障，再測量a、a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a、a間，則一定是aa導(dǎo)線斷開；若讀數(shù)為零，則說明電路仍未被接通，電路故障一定是bb導(dǎo)線斷開。根據(jù)閉合電路的歐姆定律

13、得ei1(r1r1)(i1i2)(r0r)，i1i2， 上式可簡化為ei1(r1r1)i2(r0r)，讀出兩點(diǎn)坐標(biāo)：(60 ma，0.12 ma)和(260 ma，0.05 ma)，代入方程解得電動(dòng)勢e1.41 v，內(nèi)阻r0.5 。答案aabb1.41(1.361.44 均可)0.5(0.40.6 均可)命題角度實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐卣埂纠?2】 某興趣小組要精確測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，他們找來了如下器材：a.電流表 g(量程為 30 ma、內(nèi)阻未知)b.電阻箱r(0999.9 )c.滑動(dòng)變阻器r1(020 )d.滑動(dòng)變阻器r2(01 k)- 8 -e.開關(guān)、導(dǎo)線若干f.電源e(電動(dòng)勢約 10 v)(1)

14、要完成實(shí)驗(yàn)，首先需測量電流表 g 的內(nèi)阻。測量電流表 g 內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)電路如圖 9 甲所示。甲將下述實(shí)驗(yàn)過程補(bǔ)充完整。a.選擇器材，滑動(dòng)變阻器r應(yīng)該選取_(選填“r1”或“r2”)；b.連接好電路，r的滑片應(yīng)調(diào)到_(選填“a”或“b”)端；c.斷開 s2，閉合 s1，調(diào)節(jié)r，使電流表 g 滿偏；d.保持r不變，閉合 s2，調(diào)節(jié)電阻箱r的阻值，當(dāng)r10 時(shí)，電流表 g 的示數(shù)為 20 ma。如果認(rèn)為閉合 s2前后干路上電流不變，則電流表 g 的內(nèi)阻rg_。(2)在測出電流表內(nèi)阻rg后，測定該電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的電路如圖乙所示。閉合開關(guān) s，調(diào)整電阻箱r，讀取相應(yīng)的電流表示數(shù)i，記錄多組數(shù)據(jù)(r，i

15、)，得到如圖丙所示的1ir圖線，則電源的電動(dòng)勢e_ v，內(nèi)阻r_ 。圖 9解析(1)電源的電動(dòng)勢約為 10 v，電流表的滿偏電流為 30 ma，則電路總電阻的最小值為rminei100.03333.3 ，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇r2；閉合開關(guān) s1前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻值調(diào)到最大，因此連接好電路后，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)調(diào)到a端；閉合 s2后，由并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知，(igi)rirg，則rg5 。(2)根據(jù)題圖乙，由閉合電路歐姆定律可知ei(rrrg)，則1i1errrge，則圖象的斜率k1e， 圖象的縱截距為brrge，又由圖象可得k19，b5，由以上可解得e9 v，r40 。答案(1)r2

16、a5(2)940- 9 -1.(2016北京理綜)某興趣小組探究用不同方法測定干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，他們提出的實(shí)驗(yàn)方案中有如下四種器材組合。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果盡可能準(zhǔn)確，最不可取的一組器材是()a.一個(gè)安培表、一個(gè)伏特表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器b.一個(gè)伏特表和多個(gè)定值電阻c.一個(gè)安培表和一個(gè)電阻箱d.兩個(gè)安培表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器解析根據(jù)閉合電路歐姆定律可得euir，測量多組數(shù)據(jù)u、i可求e、r，a 可??；由eur(rr)，可知測量多組數(shù)據(jù)u、r可求e、r，b 可取；由ei(rr)可知，測量多組數(shù)據(jù)i、r可求e、r，c 可??；d 中兩個(gè)安培表和滑動(dòng)變阻器，由于不知道滑動(dòng)變阻器電阻的阻值，故無法求出e、r，d 不

17、可取。答案d2.某同學(xué)為了測定一個(gè)筆記本電腦電池板的電動(dòng)勢和內(nèi)阻。(1)他先用多用電表直接測電池板的兩極電壓，應(yīng)將紅表筆接在電池板的_(填“正”或“負(fù)”)極。(2)接下來該同學(xué)用如圖 10 的電路來完成電動(dòng)勢和內(nèi)阻的測量，圖中電壓表和開關(guān)之間的 3種連接方式，其中正確的是_。(填“”“”或“”)。圖 10(3)該同學(xué)兩次實(shí)驗(yàn)記錄的電壓表讀數(shù)為 10.6 v 和 11.8 v，電流表讀數(shù)為 0.51 a 和 0.44 a，他將以上數(shù)據(jù)填入表格， 請判斷下列數(shù)據(jù)記錄正確的表格是_(填“表 1”或“表 2”)。(4)請判斷， 從第 1 次實(shí)驗(yàn)到第 2 次實(shí)驗(yàn)， 滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭向_(填“右”或“左

18、”)滑。解析(1)多用電表測電壓，電流應(yīng)從紅表筆流進(jìn)，故紅表筆應(yīng)接電池板的正極。- 10 -(2)從表中數(shù)據(jù)來看，量程應(yīng)選擇 015 v，開關(guān)要控制整個(gè)電路，故應(yīng)選線。(3)由路端電壓與電流的關(guān)系可知，表 1 數(shù)據(jù)符合實(shí)際。(4)滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻越小，電壓表的示數(shù)越小，電路中電流越大，故從第一次實(shí)驗(yàn)到第二次實(shí)驗(yàn)，滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)。答案(1)正(2)(3)表 1(4)左3.一課外小組想要測量一個(gè)電源的電動(dòng)勢及內(nèi)阻。準(zhǔn)備的器材有：電流表(0200 ma，內(nèi)阻12 )，電阻箱r(最大阻值 9.9 )，一個(gè)開關(guān)和若干導(dǎo)線。(1)由于電流表 a 的量程較小，考慮到安全因素，同學(xué)們將

19、一個(gè)定值電阻和電流表并聯(lián)，若要使并聯(lián)后流過定值電阻的電流是流過電流表的電流的 2 倍，則定值電阻的阻值r0_。(2)設(shè)計(jì)的電路圖如圖 11 甲所示。若實(shí)驗(yàn)中記錄電阻箱的阻值r和電流表的示數(shù)i，并計(jì)算出1i，得到多組數(shù)據(jù)后描點(diǎn)作出r1i圖線如圖乙所示，則該電源的電動(dòng)勢e_ v，內(nèi)阻r_ 。圖 11解析(1)由題意可知， 設(shè)通過電流表的電流為i， 則通過電阻r0的電流為 2i， 則r012ra6 。(2)r0與ra并聯(lián)后的電阻為r16126124 ，根據(jù)閉合電路歐姆定律e3i(rr1r)，變形可得re31i(4r)；由圖線可知 4r6，e363，則r2 ，e6 v。答案(1)6(2)624.某同學(xué)在測定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，備有下列器材：a.待測的干電池(電動(dòng)勢約為 1.5 v，內(nèi)阻小于 1.0 )b.電流表 a1(量程 03 ma，內(nèi)阻rg110 )c.電流表 a2(量程 00.6 a，內(nèi)阻rg2約為 0.1 )d.滑動(dòng)變阻器r1(阻值范圍 020 ，額定電流 10 a)e.滑動(dòng)變阻器r2(阻值范圍 0200 ，額定電流 1 a)f.電阻箱r0(阻值范圍 0999 )g.開關(guān)和導(dǎo)線若干(1)某同學(xué)發(fā)現(xiàn)上述器材中雖然沒有電壓表，但給出了兩個(gè)電流表，于是他設(shè)計(jì)了如圖 a、b、- 11 -c、d 所示的四個(gè)參考實(shí)驗(yàn)電路，并計(jì)劃用圖象法