2024高考物理大一輪復習課件 第十章 實驗十一 測量電源的電動勢和內(nèi)阻

DISHIZHANG第十章電路及應用實驗十一目標要求1.理解測量電源電動勢和內(nèi)阻的實驗原理——閉合電路歐姆定律.2.掌握用電流表和電壓表測定電源的電動勢和內(nèi)阻的方法.3.掌握實物圖連接的技巧.4.會用圖像處理實驗數(shù)據(jù).測量電源的電動勢和內(nèi)阻

考點一伏安法測電源的電動勢和內(nèi)阻考點二安阻法測電動勢和內(nèi)阻考點三伏阻法測電動勢和內(nèi)阻課時精練內(nèi)容索引考點一伏安法測電源的電動勢和內(nèi)阻1.實驗原理閉合電路歐姆定律.2.實驗器材干電池、電壓表、電流表、

、開關、導線、坐標紙和刻度尺.3.實驗步驟(1)電流表用

A的量程，電壓表用

V的量程，按圖連接好電路.滑動變阻器0.63梳理必備知識(2)把滑動變阻器的滑片移到接入電路阻值最

的一端.(3)閉合開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1).用同樣的方法再測量幾組I、U值，填入表格中.(4)斷開開關，拆除電路，整理好器材.大4.實驗數(shù)據(jù)處理(2)用作圖法處理數(shù)據(jù)，如圖所示.①圖線與縱軸交點為

；②圖線斜率的絕對值為

.電源電動勢E內(nèi)阻r5.誤差分析(1)偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U－I圖像時描點不準確.(2)系統(tǒng)誤差：①若采用甲圖電路方法a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，對應的I真與I測的差越大，IV＝

.其中U－I圖像如圖乙所示.結論：E測<E真，r測<r真.方法b等效電源法②若采用丙圖電路方法a電流表的分壓作用造成誤差，電流越大，電流表分壓越多，對應U真與U測的差越大，UA＝I·RA.其中U－I圖像如圖丁所示.結論：E測＝E真，r測>r真.方法b等效電源法如圖丙所示，E測＝E真，r測＝r＋RA>r真.(3)電路選擇：①電源內(nèi)阻一般較小，選圖甲電路誤差較小.②當

內(nèi)阻已知時選圖丙電路，此時r＝k－RA，沒有系統(tǒng)誤差.6.注意事項(1)為了使路端電壓變化明顯，可使用內(nèi)阻較

的舊電池.(2)電流不要過大，應小于0.5A，讀數(shù)要快.(3)要測出不少于6組的(I，U)數(shù)據(jù)，變化范圍要大些.(4)若U－I圖線縱軸刻度不從零開始，則圖線和橫軸的交點不再是短路電流，內(nèi)阻應根據(jù)r＝

確定.大例1

(2020·山東卷·14)實驗方案對實驗測量的精度有直接的影響，某學習小組對“測量電源的電動勢和內(nèi)阻”的實驗方案進行了探究.實驗室提供的器材有：干電池一節(jié)(電動勢約1.5V，內(nèi)阻小于1Ω)；電壓表V(量程3V，內(nèi)阻約3kΩ)；電流表A(量程0.6A，內(nèi)阻約1Ω)；滑動變阻器R(最大阻值為20Ω)；定值電阻R1(阻值2Ω)；定值電阻R2(阻值5Ω)；開關一個，導線若干.(1)該小組按照圖甲所示的電路進行實驗，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值使電流表示數(shù)逐漸接近滿偏，記錄此過程中電壓表和電流表的示數(shù)，利用實驗數(shù)據(jù)在U－I坐標紙上描點，如圖乙所示，結果發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)的變化范圍比較小，出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是____.(單選，填正確答案標號)A.電壓表分流B.干電池內(nèi)阻較小C.滑動變阻器最大阻值較小D.電流表內(nèi)阻較小B電壓表示數(shù)的變化范圍小，原因是外電阻的阻值遠大于電源內(nèi)阻，選項B正確.(2)針對電壓表示數(shù)的變化范圍比較小的問題，該小組利用實驗室提供的器材改進了實驗方案，重新測量得到的數(shù)據(jù)如下表所示.序號1234567I/A0.080.140.200.260.320.360.40U/V1.351.201.050.880.730.710.52請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，回答以下問題：①圖丙中已標出后3組數(shù)據(jù)對應的坐標點，請標出前4組數(shù)據(jù)對應的坐標點并畫出U－I圖像.答案見解析圖(a)根據(jù)數(shù)據(jù)描點并連成一條直線，如圖(a)所示.②根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，所選的定值電阻為_____(填“R1”或“R2”).R1由圖像可知E＝1.55V，U＝0時I＝0.59A，故r′＝

≈2.63Ω，由于2Ω<r′<5Ω，又r′＝r＋R(r為電源內(nèi)阻，R為定值電阻)，故定值電阻只能是R1.③用筆畫線代替導線，請按照改進后的方案，將圖丁所示實物圖連接成完整電路.答案見解析圖(c)先畫出原理圖，如圖(b)，然后依據(jù)原理圖將各儀器依次連接起來，如圖(c).例2

(2023·湖南省長郡中學月考)某同學要測量“水果電池”的電動勢和內(nèi)阻，提供下列儀器：A.待測“水果電池”(電動勢E約為4V，內(nèi)阻r約為200Ω)B.毫安表A(量程5mA，內(nèi)阻為RA＝60Ω)C.電壓表V(量程U0＝4V，內(nèi)阻約5kΩ)D.電阻箱R1(0～999.9Ω)E.滑動變阻器R(0～1000Ω)F.開關、導線若干.(1)由于毫安表的量程太小，該同學用電阻箱R1與毫安表A并聯(lián)，可使其量程擴大，取R1＝

RA，則改裝后的電流表量程為毫安表滿偏電流的_____倍；5設毫安表電流為IA，由并聯(lián)電路的規(guī)律可得IARA＝(I－IA)R1，解得I＝5IA，因此改裝后的電流表量程為毫安表滿偏電流的5倍；(2)用改裝后的電流表完成實驗，應該選擇的實驗電路是圖中的_____(選填“甲”或“乙”)；乙由于電流表內(nèi)阻已知，因此采用題圖乙電路可以避免電流表分壓的誤差，故選乙電路.(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出U－I圖線，如圖所示.由圖線可得，“水果電池”的電動勢E＝______V，內(nèi)電阻r＝______Ω.(保留三位有效數(shù)字)3.80175改裝后電流表的內(nèi)阻為則由閉合電路歐姆定律可得E＝Ir＋IRA′＋U，轉化可得U＝－(r＋RA′)I＋E考點二安阻法測電動勢和內(nèi)阻1.實驗原理閉合電路的歐姆定律E＝IR＋Ir，電路圖如圖所示.梳理必備知識2.實驗器材電池、

、

、開關、導線、坐標紙和刻度尺.電流表電阻箱3.數(shù)據(jù)處理解方程組求得E、r.(2)圖像法：由E＝I(R＋r)可得4.誤差分析(1)誤差來源：電流表有電阻，導致內(nèi)阻測量不準確；(2)結論：E測＝E真，r測＞r真(r測＝r真＋rA).例3

某物理興趣小組要測量一電池組的電動勢和內(nèi)阻，實驗室提供下列儀器：A.電池組(電動勢約為3V，內(nèi)阻約為10Ω)B.電壓表V(量程0～15.0V，內(nèi)阻約為3000Ω)C.電流表A(量程為0～2mA，內(nèi)阻RA＝12Ω)D.定值電阻R0＝6ΩE.電阻箱R1(0～999Ω，0～1.0A)F.滑動變阻器R2(0～2000Ω，0～1.0A)G.導線及開關(1)同學們根據(jù)提供的器材，設計了如圖甲所示的(a)、(b)兩種測量電路，經(jīng)討論后認為(a)測量電路不合理，應選(b)測量電路.請說明(a)測量電路不合理的原因：_________________.答案見解析由于電流表量程較小，若直接測量干路中電流，則測量數(shù)據(jù)范圍太小，測量誤差較大，故(a)測量電路不合理；(2)請在圖乙中按照(b)電路圖連接測量電路.答案見解析圖按照電路圖連接

，如圖；(3)連接好電路后進行實驗，調(diào)節(jié)電阻箱R1，記錄下各儀器的讀數(shù).若某次實驗時電阻箱旋鈕及電流表指針如圖丙所示，則此時電阻箱的阻值為______Ω，通過電阻箱的電流大小為______mA.8753.6如圖丙電阻箱讀數(shù)為875Ω；電流表讀數(shù)為1.2mA，電流表擴大量程后Imax＝Ig(1＋

)＝6mA，故電流表量程擴大3倍，故通過電阻箱的電流大小為3.6mA；(4)設電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，改裝后電流表內(nèi)阻為Rg，某次實驗中電阻箱的阻值為R1，電流表的讀數(shù)為I，則電源電動勢的表達式為E＝______________.(用I、R1、Rg、r表示)3I(R1＋Rg＋r)改裝后電流表內(nèi)阻Rg＝

＝4Ω，改裝后電流表量程變?yōu)樵瓉淼?倍，故實際電流值為3I，根據(jù)閉合電路歐姆定律有E＝3I(R1＋Rg＋r)；(5)將測量數(shù)據(jù)的單位統(tǒng)一成國際單位，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)作出如圖丁所示的圖像，若測得圖線縱軸截距為13.5，圖線斜率為0.94，則電池組電動勢E＝______V，內(nèi)阻r＝_____Ω.(結果均保留到小數(shù)點后一位)3.210.4解得E＝3.2V，r＝10.4Ω；(6)誤差分析：(b)測量電路設計方案及上述數(shù)據(jù)處理方法使電源電動勢測量值__________(選填“偏大”“偏小”或“不受影響”).不受影響由于改裝后電流表測量的是干路電流的真實值，故求得的電源電動勢也是真實值，故不受影響.考點三伏阻法測電動勢和內(nèi)阻1.實驗原理閉合電路歐姆定律E＝U＋

，電路圖如圖所示.梳理必備知識2.實驗器材電池、

、

、開關、導線、坐標紙和刻度尺.電壓表電阻箱3.數(shù)據(jù)處理解方程組可求得E和r.4.誤差分析(1)誤差來源：電壓表有內(nèi)阻，干路電流表達式不準確，導致電動勢測量不準確；(2)結論：E測＜E真，r測＜r真.例4

(2021·全國乙卷·23)一實驗小組利用圖(a)所示的電路測量一電池的電動勢E(約1.5V)和內(nèi)阻r(小于2Ω).圖中電壓表量程為1V，內(nèi)阻RV＝380.0Ω；定值電阻R0＝20.0Ω；電阻箱R最大阻值為999.9Ω；S為開關.按電路圖連接電路.完成下列填空：(1)為保護電壓表，閉合開關前，電阻箱接入電路的電阻值可以選_______Ω(填“5.0”或“15.0”)；15.0代入數(shù)據(jù)解得R＋r＝9.5Ω，故R>7.5Ω因此電阻箱接入電路的電阻值選15.0Ω.(2)閉合開關，多次調(diào)節(jié)電阻箱，記錄下阻值R和電壓表的相應讀數(shù)U；由閉合電路的歐姆定律可得(5)通過圖(b)可得E＝______V(保留2位小數(shù))，r＝______Ω(保留1位小數(shù))；1.551.0代入可得E≈1.55V，r≈1.0Ω.延長圖線，得到圖線與縱軸的交點為0.85V－1，(6)若將圖(a)中的電壓表當成理想電表，得到的電源電動勢為E′，由此產(chǎn)生的誤差為

×100%＝_____%.5如果電壓表為理想電壓表，則有四課時精練1.(2023·山東濟南市模擬)某實驗小組利用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，實驗器材如下：干電池一節(jié)(電動勢約為1.5V，內(nèi)阻約為0.5Ω)；電壓表V(量程為0～3V，內(nèi)阻約為3kΩ)；電流表A(量程為0～0.6A，內(nèi)阻約為0.2Ω)；滑動變阻器(最大阻值為20Ω)；開關、導線若干.1234(1)實驗電路圖選擇______(選填“甲”或“乙”).1234甲因為電源內(nèi)阻較小，接近電流表內(nèi)阻，為了減小誤差，所以電流表采用相對電源外接，選擇甲圖；(2)用筆畫線代替導線，將圖中的器材連成實驗電路.1234答案見解析圖根據(jù)電路圖得實物連接圖如圖所示；(3)完成實驗后，某同學利用圖像分析由電表內(nèi)阻引起的實驗誤差.在下圖中，實線是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點作圖得到的U－I圖像；虛線是該電源真實的路端電壓U隨真實的干路電流I變化的U－I圖像.本次實驗分析誤差的U－I圖像是_____.1234A1234由于電壓表的分流作用，相同的路端電壓下，電流表測量的電流值小于流過電源的電流，內(nèi)阻的測量值為電源和電壓表并聯(lián)后的總電阻，比實際電源的內(nèi)阻小，對應實線斜率的絕對值比虛線的小，但當電壓為零時，電壓表的內(nèi)阻對測量沒有影響，實線和虛線重合，故A正確，B、C、D錯誤；(4)為減小電表內(nèi)阻引起的實驗誤差，在電表量程不變的情況下，可以采取的措施是_____.A.換用內(nèi)阻更小的電流表B.換用內(nèi)阻更大的電流表C.換用內(nèi)阻更小的電壓表D.換用內(nèi)阻更大的電壓表1234D1234因為電壓表的分流作用產(chǎn)生的誤差，為減小電表內(nèi)阻引起的實驗誤差，在電表量程不變的情況下，可以采取的措施是增大電壓表的內(nèi)阻，故D正確，A、B、C錯誤.2.(2021·天津卷·10)隨著智能手機的廣泛應用，充電寶成為手機及時充電的一種重要選擇.充電寶可以視為與電池一樣的直流電源.一充電寶的電動勢約為5V，內(nèi)阻很小，最大放電電流為2A，某實驗小組測定它的電動勢和內(nèi)阻.他們剝開充電寶連接線的外絕緣層，里面有四根導線，紅導1234線為充電寶的正極，黑導線為充電寶的負極，其余兩根導線空置不用，另有滑動變阻器R用于改變電路中的電流，定值電阻R0＝3Ω，兩只數(shù)字多用電表M、N，兩表均為理想電表，并與開關S連成如圖所示電路.(1)圖中測量電流的電表是___，測量電壓的電表是_____.(均填寫字母“M”或“N”)1234NM電表N串聯(lián)在電路中，測量干路電流，所以N為電流表；電表M一端接在開關上，另一端接在充電寶的負極，閉合開關后相當于并聯(lián)在電源兩端，所以M為電壓表，測量路端電壓；(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器，測得多組I、U數(shù)據(jù)，記錄如下表，其中只有一個數(shù)據(jù)記錄有誤，審視記錄的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)表中第____次的記錄數(shù)據(jù)有誤.(填測量次數(shù)的序號)1234次數(shù)1234567電流I/A0.2990.4770.6840.8771.0651.2811.516電壓U/V4.9704.9524.9324.9424.8944.8724.84841234題中表格中的電流I不斷增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝U＋Ir可知路端電壓U不斷減小，電壓表的示數(shù)不斷減小，所以第4次的記錄數(shù)據(jù)有誤；次數(shù)1234567電流I/A0.2990.4770.6840.8771.0651.2811.516電壓U/V4.9704.9524.9324.9424.8944.8724.848(3)電路中接入R0可以達到下列哪個效果______.(填選項前的字母)A.使測電流的電表讀數(shù)變化明顯B.為了更準確地測量充電寶內(nèi)阻C.避免使充電寶的放電電流過大D.減小測量電壓的電表分流作用1234C1234因為充電寶的內(nèi)阻很小，所以電阻R0串聯(lián)在電路中，起保護電路的作用，避免使充電寶的放電電流過大損壞電路中的器件.故選C.3.為了同時測量一電源的電動勢E和內(nèi)阻r，以及未知阻值的電阻Rx，某同學設計了一電路.實驗室提供的器材如下：待測電源、待測電阻、電阻箱一個、內(nèi)阻很大的電壓表一只、開關兩個、導線若干.1234(1)為實現(xiàn)上述目的，請完善圖甲實物圖連接；答案見解析圖(b)1234通過開關S2控制電路中的電阻Rx是否接入電路，電路原理圖如圖(a)所示：故實物連線圖如圖(b)所示：(2)該同學實驗的主要步驟有：①閉合S1、S2，多次調(diào)節(jié)電阻箱阻值，并記錄其阻值及對應的電壓表的示數(shù)；②保持S1閉合，斷開S2，多次調(diào)節(jié)電阻箱阻值，并記錄其阻值及對應的電壓表的示數(shù)；1234由圖線可得電動勢E＝___，內(nèi)阻r＝_____，Rx＝________.(均用圖中的字母a、b、c表示)123412344.利用如圖(a)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999.9Ω)