高三物理復習實驗十測定電源的電動勢和內(nèi)阻省公開課一等獎新名師獲獎

試驗十測定電源電動勢和內(nèi)阻1/79【試驗目標】1.掌握用電壓表和電流表測定電源電動勢和內(nèi)阻方法;深入了解閉合電路歐姆定律。2.掌握用圖象處理試驗數(shù)據(jù)方法。2/79【試驗原理】1.試驗依據(jù):閉合電路歐姆定律。2.試驗電路:如圖所表示3/793.E和r求解:(1)由U=E-Ir,得:,解得:

4/79(2)作圖法處理數(shù)據(jù):由U=E-Ir,得:圖象與縱軸交點縱坐標值為E,圖線斜率絕對值為r。5/79【試驗器材】電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導線、坐標紙、刻度尺、鉛筆等。6/79【試驗過程】1.連接電路:電流表用0.6A量程,電壓表用3V量程,按試驗電路圖連接好電路。7/792.測量與統(tǒng)計:(1)把變阻器滑片移動到使阻值最大一端。(2)閉合開關(guān),調(diào)整變阻器,使電流表有顯著示數(shù)并統(tǒng)計一組數(shù)據(jù)(I1,U1)。(3)用一樣方法測量出多組I、U值,填入表格中。(4)斷開開關(guān),拆除電路,整理好器材。8/79【數(shù)據(jù)處理】設計表格,將測得六組U、I值填入表格中。第1組第2組第3組第4組第5組第6組U/VI/A9/79方法一:計算法。(1)聯(lián)立六組對應U、I數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)滿足關(guān)系式U1=E-I1r、U2=E-I2r、U3=E-I3r…(2)讓第1式和第4式聯(lián)立方程,第2式和第5式聯(lián)立方程,第3式和第6式聯(lián)立方程,這么解得三組E、r,取其平均值作為電池電動勢E和內(nèi)阻r大小。10/79方法二:圖象法。(1)在坐標紙上以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立U-I坐標系。(2)在坐標平面內(nèi)描出各組(I,U)值所對應點,然后盡可能多地經(jīng)過這些點作一條直線,不在直線上點大致均勻分布在直線兩側(cè)。11/79(3)直線與縱軸交點縱坐標值即為電池電動勢大小(一次函數(shù)縱軸截距),直線斜率絕對值即為電池內(nèi)阻r大小,即r=。

12/79【誤差分析】1.偶然誤差:(1)讀數(shù)不準引發(fā)誤差。(2)用圖象法求E和r時,因為作圖不準確造成誤差。13/792.系統(tǒng)誤差:(1)若采取甲圖電路,因為電壓表分流作用造成誤差,電壓值越大,電壓表分流越多,對應I真與I測差越大。其U-I圖象如乙圖所表示。14/79結(jié)論:①E測<E真。②r測<r真。15/79(2)若采取丙圖電路,因為電流表分壓作用造成誤差,電流越大,電流表分壓越多,對應U真與U測差越大。其U-I圖象如丁圖所表示。16/79結(jié)論:①E測=E真。②r測=r真。17/79【注意事項】1.為了使電池路端電壓改變顯著,應選內(nèi)阻大些電池(選取已使用過一段時間干電池)。2.在試驗中不要將I調(diào)得過大,每次讀完U和I數(shù)據(jù)后應馬上斷開電源,以免干電池在大電流放電時,E和r顯著改變。3.要測出不少于6組(I、U)數(shù)據(jù),且改變范圍要大些。18/794.畫U-I圖線時,縱軸刻度能夠不從零開始,而是依據(jù)測得數(shù)據(jù)從某一恰當值開始(橫坐標I必須從零開始),但這時圖線與橫軸交點不再是短路電流,而圖線與縱軸交點仍為電源電動勢,圖線斜率絕對值仍為內(nèi)阻。19/79熱點一試驗原理了解【典例1】(·四川高考)用如圖所示電路測量電源電動勢和內(nèi)阻。實驗器材:待測電源(電動勢約3V,內(nèi)阻約2Ω),保護電阻R1(阻值10Ω)和R2(阻值5Ω),滑動變阻器R,電流表A,電壓表V,開關(guān)S,導線若干。20/79試驗主要步驟:(1)將滑動變阻器接入電路阻值調(diào)到最大,閉合開關(guān)。(2)逐步減小滑動變阻器接入電路阻值,記下電壓表示數(shù)U和對應電流表示數(shù)I。21/79(3)以U為縱坐標,I為橫坐標,作U-I圖線(U、I都用國際單位)。(4)求出U-I圖線斜率絕對值k和在橫軸上截距a。回答以下問題:世紀金榜導學號4272218922/79(1)電壓表最好選取________;電流表最好選取________。A.電壓表(0～3V,內(nèi)阻約15kΩ)B.電壓表(0～3V,內(nèi)阻約3kΩ)C.電流表(0～200mA,內(nèi)阻約2Ω)D.電流表(0～30mA,內(nèi)阻約2Ω)23/79(2)滑動變阻器滑片從左向右滑動,發(fā)覺電壓表示數(shù)增大。兩導線與滑動變阻器接線柱連接情況是________。A.兩導線接在滑動變阻器電阻絲兩端接線柱B.兩導線接在滑動變阻器金屬桿兩端接線柱24/79C.一條導線接在滑動變阻器金屬桿左端接線柱,另一條導線接在電阻絲左端接線柱D.一條導線接在滑動變阻器金屬桿右端接線柱,另一條導線接在電阻絲右端接線柱25/79(3)選取k、a、R1和R2表示待測電源電動勢E和內(nèi)阻r表示式E=________,r=________,代入數(shù)值可得E和r測量值。26/79【解析】(1)本試驗誤差在于電壓表分流,內(nèi)阻越大越好,故選A;電路中能到達最大電流I=≈180mA,電流表最好選C。27/79(2)滑動變阻器滑片從左向右滑動,發(fā)覺電壓表示數(shù)增大,說明外電路電阻變大,滑動變阻器電阻變大,則兩導線與滑動變阻器接線柱連接情況是一條導線接在滑動變阻器金屬桿左端或右端接線柱,另一條導線接在電阻絲左端接線柱,選C。28/79(3)在U-I圖象中縱截距等于電源電動勢,則E=ka;斜率等于內(nèi)阻與R2和,故r=k-R2。答案:(1)A

C

(2)C

(3)ka

k-R229/79【強化訓練】(·天津高考)用電流表和電壓表測定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成電池組(電動勢約4.5V,內(nèi)電阻約1Ω)電動勢和內(nèi)電阻,除待測電池組、電鍵、導線外,還有以下器材供選取:A.電流表:量程0.6A,內(nèi)電阻約1ΩB.電流表:量程3A,內(nèi)電阻約0.2Ω30/79C.電壓表:量程3V,內(nèi)電阻約30kΩD.電壓表:量程6V,內(nèi)電阻約60kΩE.滑動變阻器:0～1000Ω,額定電流0.5AF.滑動變阻器:0～20Ω,額定電流2A31/79(1)為了使測量結(jié)果盡可能準確,電流表應選取_______,電壓表應選取_____,滑動變阻器應選取______(均填儀器字母代號)。32/79(2)如圖為正確選擇儀器后,連好部分電路。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(均填儀器上接線柱字母代號)。33/79(3)試驗時發(fā)覺電流表壞了,于是不再使用電流表,剩下儀器中僅用電阻箱替換掉滑動變阻器,重新連接電路,仍能完成試驗,試驗中讀出幾組電阻箱阻值R和對應電壓表示數(shù)U。用圖象法處理采集到數(shù)據(jù),為在直角坐標系中得到函數(shù)圖象是一條直線,則能夠__________為縱坐標,以__________為橫坐標。34/79【解析】(1)為了使測量結(jié)果準確,電流表應選取小量程,故電流表應選取A;電池組電動勢約為4.5V,故電壓表應選量程6V,即選D;滑動變阻器E最大阻值太大,故應選F。(2)電壓表負接線柱已畫好,正接線柱應接電源正極,故用導線將a和d相連、c和g相連、f和h相連。35/79(3)依據(jù)閉合電路歐姆定律有I=,依據(jù)部分電路歐姆定律有U=IR,解得U=,經(jīng)整理可得能夠為縱坐標,以為橫坐標,則在直角坐標系中得到函數(shù)圖象是一條直線。答案:(1)ADF(2)adcgfh(3)(或U或R)36/79【反思歸納】測量電源電動勢和內(nèi)阻其它方法(1)安阻法:用一個電流表和電阻箱測量,測量原理:E=I1(R1+r),E=I2(R2+r)。(2)伏阻法:用一個電壓表和電阻箱測量,E=U1+r、E=U2+r。37/79(3)粗測法:即用一個電壓表粗測電動勢。(4)其它方法:從標準上說只要能建立可測量與待求量E、r之間關(guān)系式,并使關(guān)系式有效個數(shù)等于未知量個數(shù),就能夠依據(jù)可測量計算電源電動勢和內(nèi)阻。38/79熱點二試驗數(shù)據(jù)處理【典例2】(·江蘇高考)小明利用如圖所表示試驗裝置測量一干電池電動勢和內(nèi)阻。世紀金榜導學號4272219039/79(1)圖中電流表示數(shù)為__________A。(2)調(diào)整滑動變阻器,電壓表和電流表示數(shù)統(tǒng)計以下:U/V1.451.361.271.161.06I/A0.120.200.280.360.4440/79請依據(jù)表中數(shù)據(jù),在方格紙上作出U-I圖線。由圖線求得:電動勢E=________V;內(nèi)阻r=_____Ω。41/79(3)試驗時,小明進行了屢次測量,花費了較長時間,測量期間一直保持電路閉合。其實,從試驗誤差考慮,這么操作不妥,因為______________。42/79【解題指導】1.命題立意:考查測量電源電動勢和內(nèi)阻試驗數(shù)據(jù)處理方法及誤差分析。43/792.解題關(guān)鍵:(1)電流表讀數(shù)時,應首先明確電流表使用量程,并深入明確表盤最小分度。(2)電源U-I圖象中,縱截距為電動勢,斜率絕對值為內(nèi)阻。44/79【解析】(1)電流表使用量程為0～0.6A,所以電流表讀數(shù)為0.44A。(2)描點連線得到U-I圖象,如圖所表示45/79依據(jù)E=U+Ir,圖象中縱截距為電動勢,所以E=1.60V(1.58～1.62都算對),斜率為內(nèi)阻,所以r=1.2Ω(1.18～1.26都算對)。(3)干電池長時間使用后,電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生改變,造成試驗誤差增大。46/79答案:(1)0.44(2)U-I圖象看法析1.60(1.58～1.62都算對)1.2(1.18～1.26都算對)(3)干電池長時間使用后,電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生改變,造成試驗誤差增大47/79【強化訓練】1.利用如圖甲所表示電路,能夠測量電源電動勢和內(nèi)阻,所用試驗器材有:待測電源,電阻箱R(最大阻值999.9Ω),電阻R0(阻值為3.0Ω),電阻R1(阻值為3.0Ω),電流表(量程為200mA,內(nèi)阻為RA=6.0Ω),開關(guān)S。試驗步驟以下:48/79①將電阻箱阻值調(diào)到最大,閉合開關(guān)S;②屢次調(diào)整電阻箱,記下電流表示數(shù)I和電阻箱對應阻值R;③以為縱坐標,R為橫坐標,作-R圖線(用直線擬合);④求出直線斜率k和在縱軸上截距b。49/79回答以下問題:(1)分別用E和r表示電源電動勢和內(nèi)阻,則與R關(guān)系式為______________________。(2)試驗得到部分數(shù)據(jù)以下表所表示,其中電阻R=3.0Ω時電流表示數(shù)如圖乙所表示,讀出數(shù)據(jù),完成下表。答:①____________,②______________。50/79R/Ω1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.125①0.1000.0910.0840.077I-1/A-16.998.00②10.011.011.913.051/79(3)在圖丙坐標紙上將所缺數(shù)據(jù)點補充完整并作圖,依據(jù)圖線求得斜率k=______A-1Ω-1,截距b=______A-1。(4)依據(jù)圖線求得電源電動勢E=__________V,內(nèi)阻r=___________Ω。52/79【解析】本題考查了測量電源電動勢和內(nèi)電阻。(1)電流表電阻是R12倍,所以干路電流為3I,依據(jù)閉合電路歐姆定律E=3I(r+R0+R)+IRA,代入數(shù)據(jù),化簡得(2)電流表每小格表示2mA,所以電流表讀數(shù)是0.110A,倒數(shù)是9.09A-1。53/79(3)依據(jù)坐標紙上給出點,畫出一條直線,得出斜率k=1.0A-1Ω-1,截距b=6.0A-1。54/79(4)斜率k=,所以E==3.0V,截距b=,r=-5Ω=1.0Ω。答案:(1)(2)0.1109.09(3)1.0(或在0.96～1.04之間)6.0(或在5.9～6.1之間)(4)3.0(或在2.7～3.3之間)1.0(或在0.6～1.4之間)55/792.(·安徽高考)某同學為了測量一節(jié)電池電動勢和內(nèi)阻,從試驗室找到以下器材:一個滿偏電流為100μA,內(nèi)阻為2500Ω表頭,一個開關(guān),兩個電阻箱(0～999.9Ω)和若干導線。(1)因為表頭量程偏小,該同學首先需將表頭改裝成量程為50mA電流表,則應將表頭與電阻箱_________(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”),并將該電阻箱阻值調(diào)為______Ω。56/79(2)接著該同學用改裝電流表對電池電動勢及內(nèi)阻進行測量,試驗電路如圖甲所表示,經(jīng)過改變電阻R測對應電流I,且作相關(guān)計算后一并統(tǒng)計以下表。57/79123456R/Ω95.075.055.045.035.025.0I/mA15.018.724.829.536.048.0IR/V1.421.401.361.331.261.2058/79①依據(jù)表中數(shù)據(jù),圖乙中已描繪出四個點,請將第5、6兩組數(shù)據(jù)也描繪在圖乙中,并畫IR-I圖線。②依據(jù)圖線可得電池電動勢E是________V,內(nèi)阻r是________Ω。59/79【解析】(1)電流表擴大量程原理是并聯(lián)分流,所以表頭應與電阻箱并聯(lián),則IgRg=(I-Ig)R,所以R=×2500Ω=5.0Ω。(2)描點連線如圖所表示,由E=IR+Ir可知本試驗原理公式為IR=-Ir+E,所以直線與縱軸截距為電動勢,大小為1.53V,斜率大小為電源內(nèi)阻,大小為6.7Ω。60/79答案:(1)并聯(lián)5.0(2)①看法析圖②1.536.761/79【反思歸納】圖象法分析電源電動勢和內(nèi)阻(1)首先明確縱、橫坐標,并推導出縱橫坐標所對應物理量之間關(guān)系式,若為一次函數(shù)關(guān)系,則整理為斜截式形式。(2)若為一次函數(shù)關(guān)系,明確圖線截距、斜率含義,并利用截距、斜率確定對應物理量大小。(3)若為其它函數(shù)關(guān)系,利用圖線上特殊點坐標值分析。62/79熱點三試驗拓展與創(chuàng)新【典例3】如圖甲是某研究小組設計一個試驗電路,R為阻值可調(diào)整電阻箱,R0為定值電阻,K為單刀雙擲開關(guān),電流表量程適當、內(nèi)阻忽略不計,用該試驗電路測量直流電源電動勢E和內(nèi)阻r。世紀金榜導學號4272219163/79(1)讀出圖乙中電阻箱阻值R=________Ω。(2)依據(jù)圖甲試驗電路,用筆畫線代替導線將圖乙儀器連接好。64/79(3)將單刀雙擲開關(guān)K分別撥到左側(cè)a、豎起空置兩種狀態(tài)下并保持電阻箱阻值(已知)不變,閉合開關(guān)K1時電流表讀數(shù)分別為Ia、I0,則直流電源電動勢E=______________(用符號表示)。65/79【解析】(1)圖乙中電阻箱阻值R=1×100Ω+1×10Ω=110Ω。(2)依據(jù)電路圖連接實物圖:66/79(3)將單刀雙擲開關(guān)打到a,閉合開關(guān)K1時電流表讀數(shù)為Ia,依據(jù)閉合電路歐姆定律得:Ia(+r)=E,將單刀雙擲開關(guān)K打到空置位置,閉合開關(guān)K1時電流表讀數(shù)為I0,依據(jù)閉合電路歐姆定律得I0R+I0r=E。聯(lián)立解得E=答案:(1)110(2)看法析(3)

67/79【強化訓練】1.硅光電池是一個可將光能轉(zhuǎn)化為電能元件。某同學利用圖甲所表示電路探究某硅光電池路端電壓U與電流I關(guān)系。圖中定值電阻R0=2Ω,電壓表、電流表均可視為理想電表。68/79(1)用筆畫線代替導線,依據(jù)電路圖,將圖乙中實物電路補充完整。(2)試驗一:用一定強度光照射硅光電池,閉合開關(guān)S,調(diào)整可調(diào)電阻R阻值,經(jīng)過測量得到該電池U-I曲線a(見圖丙)。則由圖象可知,當電流小于200mA時,該硅光電池電動勢為________V,內(nèi)阻為________Ω。69/79(3)試驗二:減小光照強度,重復試驗,經(jīng)過測量得到該電池U-I曲線b(見圖丙)。當可調(diào)電阻R阻值調(diào)到某值時,若該電路路端電壓為1.5V,由曲線b可知,此時可調(diào)電阻R電功率約為__________W(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。70/7971/79【解析】(1)分析圖甲所表示試驗原理圖,依據(jù)原理圖連接實物電路圖,如圖所表示。72/79(2)在硅光電池U-I圖象中,當I=0時,U=E,圖線斜率絕對值表示內(nèi)阻。由圖線a可知E=2.9V,在電流小于200mA情況下,此電池內(nèi)阻