第47講測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻（講義）（原卷版）

第47講測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻目錄復(fù)習(xí)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、器材、原理、步驟、注意事項(xiàng)、誤差分析【提升·必考題型歸納】考向1實(shí)驗(yàn)原理與操作考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析考點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)【提升·必考題型歸納】考向1實(shí)驗(yàn)原理的改進(jìn)考向2實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新考向3實(shí)驗(yàn)思路的創(chuàng)新真題感悟理解和掌握測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)原理，并會(huì)做出必要的誤差分析。2、能夠在原型實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)或者創(chuàng)新，做出同類探究?？键c(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻2023年湖北卷第12題2023年6月浙江卷第18題2022年天津卷第10題各地高考對(duì)測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻這個(gè)實(shí)驗(yàn)的考查近幾年頻度較高，考查多在原型實(shí)驗(yàn)的所用原理的基礎(chǔ)之上，通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的方式予以考查?？键c(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、器材、原理、步驟、注意事項(xiàng)、誤差分析（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。2.加深對(duì)閉合電路歐姆定律的理解。（二）實(shí)驗(yàn)思路如圖甲或圖乙所示,改變R的阻值,從電壓表和電流表中讀出幾組U、I值,利用閉合電路的歐姆定律求E、r值。（三）實(shí)驗(yàn)器材電池、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、鉛筆和刻度尺。（四）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1.按實(shí)驗(yàn)電路圖連接電路。2.把變阻器的滑片移動(dòng)到使接入電路阻值最大的一端。3.閉合開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)變阻器,記錄幾組I、U值,填入表格中。4.斷開(kāi)開(kāi)關(guān),拆除電路,整理好器材。（五）數(shù)據(jù)處理方法一:列方程組求解電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的大小(1)U1=E-根據(jù)以上三組方程分別求出E、r,再取其平均值作為電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。方法二:用作圖法處理數(shù)據(jù),如圖所示。(1)圖線與縱軸交點(diǎn)為E;(2)圖線的斜率的絕對(duì)值表示r=ΔU（六）誤差分析1.由于讀數(shù)不準(zhǔn)和電表線性不良引起誤差。2.用圖像法求E和r時(shí),由于作圖不準(zhǔn)確造成誤差。3.實(shí)驗(yàn)時(shí)通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或電流過(guò)大,都會(huì)引起E、r變化。4.若采用圖甲電路,由于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(duì)應(yīng)的I真與I測(cè)的差值越大。其UI圖像如圖丙所示。結(jié)論:E測(cè)<E真,r測(cè)<r真。5.若采用圖乙電路,由于電流表的分壓作用造成誤差,電流值越大,電流表的分壓越多,對(duì)應(yīng)的U真與U測(cè)的差值越大。其UI圖像如圖丁所示。結(jié)論:E測(cè)=E真,r測(cè)>r真。（七）注意事項(xiàng)1.為了使電池的路端電壓變化明顯,應(yīng)選內(nèi)阻大些的電池(選用已使用過(guò)一段時(shí)間的干電池)。2.在實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過(guò)大,每次讀完U和I的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開(kāi)電源,以免干電池的E和r明顯變化。3.要測(cè)出多組(I,U)數(shù)據(jù),且變化范圍要大些。4.畫UI圖線時(shí),縱軸的刻度可以不從零開(kāi)始,而是根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開(kāi)始(橫坐標(biāo)I必須從零開(kāi)始)。但這時(shí)圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值不再是短路電流,而圖線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值仍為電源電動(dòng)勢(shì),圖線斜率的絕對(duì)值仍為內(nèi)阻?？枷?實(shí)驗(yàn)原理與操作1．某物理實(shí)驗(yàn)小組為測(cè)量充電寶的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)時(shí)使用了標(biāo)志為“輸出”的某品牌充電寶，其內(nèi)阻很小。除充電寶外，還準(zhǔn)備了一些可能用到的器材：A．電壓表V（量程，內(nèi)阻）；

B．電流表A（量程，內(nèi)阻極?。籆．定值電阻（阻值）；

D．定值電阻（阻值）；E．定值電阻（阻值）；

F.滑動(dòng)變阻器R（最大阻值）；G.開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。完成下列問(wèn)題：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路如圖甲，定值電阻應(yīng)選擇（填“”或“”）；電路中定值電阻的作用是。（2）按電路圖正確連接實(shí)驗(yàn)器材，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)，并在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)如圖乙，請(qǐng)?jiān)诖痤}卡上繪制圖像。（3）由圖像和計(jì)算可得充電寶的電動(dòng)勢(shì)V，。（保留三位有效數(shù)字）（4）機(jī)場(chǎng)規(guī)定“嚴(yán)禁攜帶額定能量超過(guò)的充電寶搭乘飛機(jī)”；已知該充電寶的電池容量（電池放出的電量）為，根據(jù)（3）中測(cè)得的數(shù)據(jù)，估算知該充電寶帶上飛機(jī)。（填“能”或“不能”）考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析2．新能源汽車已經(jīng)普遍走進(jìn)了我們的生活，某校學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組通過(guò)網(wǎng)絡(luò)找到了比亞迪“秦”電池銘牌如圖所示，電池采用的是比亞迪刀片電池技術(shù)．已知該車內(nèi)的整塊電池是由10塊刀片電池串聯(lián)而成，其中一塊刀片電池又由10塊電芯串聯(lián)而成．現(xiàn)將一塊電芯拆解出來(lái)，測(cè)量其電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r．

（1）實(shí)驗(yàn)前利用恒流電源對(duì)一塊電芯進(jìn)行充電，充滿的時(shí)間要h．（2）為了能較準(zhǔn)確的測(cè)量一塊電芯的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，該同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)可以排除電流表A和電壓表V內(nèi)阻影響的實(shí)驗(yàn)方案，如圖1所示，記錄了單刀雙擲開(kāi)關(guān)分別接1、2對(duì)應(yīng)的多組電壓表的示數(shù)U和電流表的示數(shù)I，根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)繪制如圖2中所示的A、B兩條圖線，可以判斷圖線A是利用單刀雙擲開(kāi)關(guān)接（選填“1”或“2”）中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描出的，由圖線A得出的內(nèi)阻測(cè)量值比真實(shí)值偏（選填“大”或“小”）．綜合A、B兩條圖線，此電芯的電動(dòng)勢(shì)為，內(nèi)阻（用圖中表示）。

（3）考慮到刀片電池電芯的內(nèi)阻較小，為了防止調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器電阻過(guò)小時(shí)由于電流過(guò)大而損壞器材，該同學(xué)在電路中用了一個(gè)保護(hù)電阻，如圖3所示，除電芯、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線外，可供選擇使用的實(shí)驗(yàn)器材還有：

A．電流表（量程）B．電流表（量程）C．電壓表（量程）D．電壓表（量程）E．定值電阻（阻值，額定功率）F．定值電阻（阻值，額定功率）G．滑動(dòng)變阻器（阻值）H．滑動(dòng)變阻器（阻值）為了器材的安全、測(cè)量的準(zhǔn)確和操作的方便，電流表應(yīng)選；電壓表應(yīng)選；定值電阻選；滑動(dòng)變阻器R應(yīng)選．（填儀器前的字母）考點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案知識(shí)點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)：安阻法和伏阻法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻知識(shí)點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)：水果電池知識(shí)點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)思路的改進(jìn)：消除系統(tǒng)誤差考向1實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)1．某學(xué)習(xí)小組要測(cè)量一個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻。除該電源外還準(zhǔn)備的器材有：一個(gè)電阻箱R（最大阻值為），一個(gè)電流表A（量程0~200mA，內(nèi)阻為），一個(gè)定值電阻（阻值為），一個(gè)開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線。①如果用多用電表粗測(cè)電流表的內(nèi)阻，需要將紅表筆與電流表（填“正”或“負(fù)”）接線柱相連。②由于電流表A的量程較小，考慮到安全因素，同學(xué)們利用定值電阻將該電流表進(jìn)行改裝，改裝后的量程為。③根據(jù)器材在虛線框中畫出設(shè)計(jì)的電路圖（改裝部分也要畫出）。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，得到多組數(shù)據(jù)后描點(diǎn)作出圖線如圖所示，則該電源的電動(dòng)勢(shì)E=V，內(nèi)阻r=。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

2．一實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的電路測(cè)量一電池的電動(dòng)勢(shì)E（約1.5V）和內(nèi)阻r（小于2?），圖中電壓表量程為1V，內(nèi)阻RV=19.0?，電阻箱R的最大阻值為999.9?，S為開(kāi)關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)完成下列問(wèn)題：

（1）為保護(hù)電壓表，在閉合開(kāi)關(guān)前，電阻箱接入電路的電阻值至少應(yīng)是（填“5.0?”“10.0?”或“15.0?”）；（2）閉合開(kāi)關(guān)，多次調(diào)節(jié)電阻箱，記錄下阻值R和電壓表的相應(yīng)讀數(shù)U；（3）根據(jù)圖甲所示電路，可得（用R、RV、E和r表達(dá)）；（4）利用測(cè)量數(shù)據(jù)，作圖線，如圖乙所示，通過(guò)圖乙可得E=V，r=?。（結(jié)果均保留兩位小數(shù)）考向2實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新3．某學(xué)習(xí)小組用水果和兩種金屬電極做了一個(gè)“水果電池”，進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：（1）按圖甲所示電路圖，測(cè)量水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。使用的實(shí)驗(yàn)器材有：數(shù)字式多用電表（其中電壓表可視為理想表）、滑動(dòng)變阻器、電流表、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)等。請(qǐng)根據(jù)電路圖在如圖乙中完成實(shí)物連線；

（2）連接好電路后閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，記錄數(shù)字電壓表和電流表的示數(shù)。作出UI圖像，如圖丙中曲線所示。由圖像求得水果電池的電動(dòng)勢(shì)E=V，內(nèi)阻r=k?（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；（3）該同學(xué)用三個(gè)一樣的水果電池串聯(lián)形成一個(gè)電池組，能使某發(fā)光二極管（LED）正常發(fā)光，LED的IU圖像如圖丁中曲線所示，則LED正常發(fā)光時(shí)的電壓U=V（保留三位有效數(shù)字）；

（4）在（3）中，LED正常發(fā)光時(shí)，該同學(xué)用普通電壓表（內(nèi)阻約為2k?）測(cè)量二極管兩端電壓，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)小于LED正常發(fā)光時(shí)的電壓且LED熄滅，造成電壓減小原因可能是?？枷?實(shí)驗(yàn)思路的創(chuàng)新4．采用伏安法測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r時(shí)，某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如下探究：（1）研究性學(xué)習(xí)小組首先按圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行了測(cè)量。實(shí)驗(yàn)后，同學(xué)們對(duì)該實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了認(rèn)真研究分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差是由于電表的因素造成的，該實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差主要來(lái)源于。（2）研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了優(yōu)化，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)電路如圖乙所示，a為待測(cè)電源，b為輔助電源，A、B兩點(diǎn)間接有一靈敏電流計(jì)G。①閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)R和使靈敏電流計(jì)G的示數(shù)為零，讀出電流表和電壓表的示數(shù)和；②改變滑動(dòng)變阻器R和的阻值，再次使靈敏電流計(jì)G示數(shù)為零，讀出電流表和電壓表的示數(shù)和；③由上述步驟中測(cè)出的物理量，可以得出電動(dòng)勢(shì)E表達(dá)式為，內(nèi)電阻r的表達(dá)式。④該實(shí)驗(yàn)中（選填“>”、“<”或“=”），（選