2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)第十章電路及其應(yīng)用電能實(shí)驗(yàn)十三測量電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案

實(shí)驗(yàn)十三測量電源的電動勢和內(nèi)阻1.理解測量電源電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)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(shí)物圖連接的技巧．4．會用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．一、實(shí)驗(yàn)思路與操作電路圖與思路操作要領(lǐng)思路：根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝U＋I(xiàn)r，改變外電路電阻R，用電流表和電壓表測出U、I的兩組數(shù)據(jù)，列出兩個關(guān)于E、r的方程，從而解出E和r.(1)連接電路：按實(shí)驗(yàn)電路圖連接好電路．(2)測量與記錄：閉合開關(guān)，改變滑動變阻器的阻值，讀出電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I，并填入事先繪制好的表格中．二、數(shù)據(jù)處理及分析1．計(jì)算方法2．圖像法：畫出電源的U-I圖像，如圖所示，由U＝－rI＋E?k=(1)圖線與縱軸交點(diǎn)為E；(2)圖線斜率的絕對值表示內(nèi)阻，即r＝ΔUΔI注意事項(xiàng)(1)電池選?。簯?yīng)選用內(nèi)阻較大的電池．(2)實(shí)驗(yàn)操作：實(shí)驗(yàn)中不宜將電流調(diào)得過大，電表讀數(shù)要快，每次讀完數(shù)后立即斷開開關(guān)．(3)數(shù)據(jù)要求：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：為使圖線分布空間大，如圖所示，縱坐標(biāo)可以不從零開始，則圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流．誤差分析(1)用圖像法求E和r時作圖不準(zhǔn)確．(2)由于電流表或電壓表的分壓或分流存在系統(tǒng)誤差．(3)本實(shí)驗(yàn)中測量結(jié)果：E測<E真，r測<r真．考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1[2023·湖北卷]某實(shí)驗(yàn)小組為測量干電池的電動勢和內(nèi)阻，設(shè)計(jì)了如圖(a)所示電路，所用器材如下：電壓表(量程0～3V，內(nèi)阻很大)；電流表(量程0～0.6A)；電阻箱(阻值0～999.9Ω)；干電池一節(jié)、開關(guān)一個和導(dǎo)線若干．(1)根據(jù)圖(a)，完成圖(b)中的實(shí)物圖連線．(2)調(diào)節(jié)電阻箱到最大阻值，閉合開關(guān)．逐次改變電阻箱的電阻，記錄其阻值R、相應(yīng)的電流表示數(shù)I和電壓表示數(shù)U.根據(jù)記錄數(shù)據(jù)作出的U-I圖像如圖(c)所示，則干電池的電動勢為________V(保留3位有效數(shù)字)、內(nèi)阻為________Ω(保留2位有效數(shù)字)．(3)該小組根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)一步探究，作出1I-R(4)由于電壓表內(nèi)阻不是無窮大，本實(shí)驗(yàn)干電池內(nèi)阻的測量值________(填“偏大”或“偏小”)．例2[2023·浙江6月]在“測量干電池的電動勢和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)中，(1)部分連線如圖1所示，導(dǎo)線a端應(yīng)連接到________(選填“A”“B”“C”或“D”)接線柱上．正確連接后，某次測量中電壓表指針位置如圖2所示，其示數(shù)為________V.(2)測得的7組數(shù)據(jù)已標(biāo)在如圖3所示U-I坐標(biāo)系上，用作圖法求干電池的電動勢E＝________V和內(nèi)阻r＝________Ω(計(jì)算結(jié)果均保留兩位小數(shù))．考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)考向1實(shí)驗(yàn)方法方案的拓展(“電表＋電阻箱”法)實(shí)驗(yàn)思路實(shí)驗(yàn)原理E＝I1(R1＋r)E＝I2(R2＋r)E＝U1＋U1E＝U2＋U2圖像1I＝1ER＋1U＝rE例3[2024·四川成都石室中學(xué)?？寄M預(yù)測]小明把一片銅片和一片鎂片平行靠近插入一個橙子中，組成了一個水果電池．(1)他先用多用電表測電池兩端的電壓，選擇了直流電壓2.5V擋，指針?biāo)谖恢萌鐖D甲所示，則其讀數(shù)為________V．小明認(rèn)為這一讀數(shù)即為電池的電動勢，但小紅認(rèn)為不對，其原因是________________________________________________，為測量水果電池的電動勢和內(nèi)阻，小紅再找來一個電阻箱、開關(guān)和導(dǎo)線若干，并選擇了多用電表的直流電流擋，便開始著手連線測量．試在圖乙方框中畫出測量水果電池電動勢和內(nèi)阻的電路圖．(2)小紅不斷改變電阻箱的阻值，得到多組電阻箱阻值R和電流表的讀數(shù)I，通過數(shù)據(jù)處理，得到如圖丙所示的圖像(圖像中數(shù)據(jù)均取國際制單位)．由于作圖時漏寫了橫縱坐標(biāo)表示的物理意義，但記得均在以下六個之中：I，I2，I－1，R，R2，R－1，請推理得出該水果電池的電動勢為________V(結(jié)果保留兩位小數(shù))，內(nèi)阻為________Ω.(3)利用這種方法測得的電動勢E測和內(nèi)阻r測與真實(shí)值E真和r真相比E測________E真，r測________r真(均填“大于”“等于”或“小于”)．例4[2024·江蘇鎮(zhèn)江統(tǒng)考三模]某同學(xué)用如下器材來測量電壓表的內(nèi)阻．A．待測電壓表(量程0～3V，內(nèi)阻為幾千歐)B．電池組(電動勢約3V，內(nèi)阻可忽略)C．電阻箱R(0～9999.9Ω)D．開關(guān)和導(dǎo)線若干(1)按圖甲所示的電路測量，下圖為該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時的實(shí)驗(yàn)電路，請指出圖中在器材操作上存在的兩個不妥之處________________________．(2)某次測量中電壓表示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為________V．(3)該同學(xué)進(jìn)行后續(xù)測量，改變電阻箱的阻值為R，測得多組電壓表的示數(shù)為U，在圖丙中作出1U-RR/kΩ0.61.52.03.04.05.01U/V0.400.500.560.670.780.88根據(jù)1U-R圖線，可求得電源的電動勢E＝________，電壓表內(nèi)阻RV(4)若實(shí)驗(yàn)中電池組內(nèi)阻不可忽略，則以上電壓表內(nèi)阻RV的測量值________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)．考向2利用傳感器測定電源電動勢和內(nèi)阻例5[2024·浙江校聯(lián)考一模]小寶根據(jù)圖甲電路測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，(1)他用多用電表的直流電壓2.5V擋粗測干電池的電動勢和內(nèi)阻，紅表筆應(yīng)當(dāng)連接電源________(選填“正極”或“負(fù)極”)；如圖乙所示的讀數(shù)是________V．他還想用歐姆擋直接粗測其內(nèi)阻，你認(rèn)為________(選填“可以”或“不可以”)．(2)小寶為了更精確測出電池電動勢和內(nèi)阻，采用器材如下：待測干電池一節(jié)，電壓傳感器(量程－20V～＋20V)，電流傳感器(－2A～＋2A)，滑動變阻器(0～20Ω，額定電流1A)，開關(guān)及若干導(dǎo)線．他已在實(shí)物連線圖丙中接了部分導(dǎo)線，請你幫他補(bǔ)畫剩下的兩條連線以完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?3)電路連接好后，在閉合電鍵前，滑動變阻器觸頭P應(yīng)置于________(填“a”或“b”)端．(4)改變接入電路的阻值，采集到多組電流和電壓值，得到U-I圖像如圖丁所示的直線．根據(jù)圖像，可求出該電池的電動勢E＝________V(保留三位有效數(shù)字)，內(nèi)阻r＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)．實(shí)驗(yàn)十三測量電源的電動勢和內(nèi)阻關(guān)鍵能力·分層突破考點(diǎn)一例1解析：(1)實(shí)物連線如圖：(2)由電路結(jié)合閉合電路的歐姆定律可得U＝E－Ir由圖像可知E＝1.58V內(nèi)阻r＝1.58?(3)根據(jù)E＝I(R＋RA＋r)可得1I＝1E·R由圖像可知RA解得RA＝2.5Ω(4)由于電壓表內(nèi)阻不是無窮大，則實(shí)驗(yàn)測得的是電壓表內(nèi)阻與電源內(nèi)阻的并聯(lián)值，即實(shí)驗(yàn)中測得的電池內(nèi)阻偏?。鸢福?1)見解析(2)1.580.63(3)2.5(4)偏小例2解析：(1)電壓表測量的電壓應(yīng)為電池的路端電壓，開關(guān)應(yīng)能控制電路，所以導(dǎo)線a端應(yīng)連接到B處；干電池電動勢約為1.5V，電壓表選擇0～3V量程，分度值為0.1V，題圖中電壓表讀數(shù)為1.20V；(2)作出U-I圖像如圖所示根據(jù)閉合電路歐姆定律U＝E－Ir可知，U-I圖像縱軸截距為電源電動勢可得E＝1.50VU-I圖像斜率的絕對值等于電源內(nèi)阻r＝1.50?答案：(1)B1.20(2)1.501.04考點(diǎn)二例3解析：(1)小明選擇了直流電壓2.5V擋，則讀數(shù)為0.05×24V＝1.20V，由于電源有內(nèi)阻，且內(nèi)阻很大，故路端電壓不等于電動勢；電路圖如圖所示．(2)由閉合電路歐姆定律，得E＝I(r＋R)變形可知，電阻箱阻值R和電流表的讀數(shù)I滿足關(guān)系式1I＝1E·R結(jié)合圖丙所示圖線，可得rE＝1000A－1，1E＝10001680V－1＝11.68V－1，聯(lián)立解得(3)根據(jù)等效電源法可知，測量的內(nèi)阻相當(dāng)于電流表內(nèi)阻與電動勢內(nèi)阻串聯(lián)后的總阻值，因此測量值大于真實(shí)值，而這種情況下電動勢的測量值沒有誤差，等于真實(shí)值．答案：(1)1.20電源有內(nèi)阻，路端電壓不等于電動勢圖見解析(2)1.681680(3)等于大于例4解析：(1)在連接電路時開關(guān)應(yīng)斷開，圖中開關(guān)未斷開；電阻箱阻值未調(diào)至最大．(2)電壓表量程選擇3V，電壓表讀數(shù)為1.60V.(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖為由閉合電路歐姆定律得，E＝U＋URVR，解得1U＝1圖線的縱軸截距等于電動勢的倒數(shù)，1E＝0.34V－1，解得電源的電動勢E保留2位有效數(shù)字，即E＝2.9V根據(jù)圖線的斜率可以求出電壓表的內(nèi)阻1ERV解得電壓表內(nèi)阻，RV＝2.9kΩ.(4)若實(shí)驗(yàn)中電池組內(nèi)阻不可忽略，由閉合電路歐姆定律可得，E真＝U＋URV真R解得1U＝1E真R可見1U-R圖像的斜率不變，不計(jì)電源內(nèi)阻時測量的電動勢，E<E真，所以若實(shí)驗(yàn)中電池組內(nèi)阻不可忽略，則以上電壓表內(nèi)阻RV答案：(1)開關(guān)未斷開，電阻箱阻值未調(diào)至最大(2)1.60(3)圖見解析2.9V2.9kΩ(4)偏大例5解析：(1)用多用電表的直流電壓2.5V擋粗測干電池的電動勢和內(nèi)阻，紅表筆應(yīng)當(dāng)連接電源正極；由圖乙可知，讀數(shù)為1.45V；歐姆擋測電阻時，外電路不能有電源，所以不可以用歐姆擋直接粗測