2020版高考物理总复习 8 第5讲 实验：测定电源的电动势和内阻课件 新人教版

必考部分第八章恒定电流第5讲实验：测定电源的电动势和内阻基础·全面落实考点·深度研析真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、实验目的测定电源的电动势和内阻。二、实验原理1．用电压表、电流表、可变电阻(如滑动变阻器)测量。如图甲所示：测出两组U、I值，就能算出电动势和内阻。原理公式：。E＝U＋Ir2．用电流表、电阻箱测量。如图乙所示：测出两组I、R值，就能算出电动势和内阻。原理公式：。3．用电压表、电阻箱测量。如图丙所示：测出两组U、R值，就能算出电动势和内阻。原理公式：。下面以图甲所示的方法介绍实验步骤和实验数据的处理方法。E＝I(R＋r)E＝U＋URr三、实验器材电池(待测电源)，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，导线，坐标纸。四、实验步骤1．确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好。2．把滑动变阻器滑片移到电阻阻值的一端。3．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组值。4．断开开关，整理好器材。5．数据处理：在坐标纸上作图线，求出E、r。最大电压、电流U－I五、数据处理1．公式法：原则上，利用两组U、I数据，根据公式E＝U＋Ir便可得到E、r，但这样误差较大，为减小误差，可测多次求平均值。2．图象法：将多组U、I数据描在坐标纸上，利用图线求解电动势和内阻。(1)图线的纵坐标是路端电压，横坐标是干路电流，根据，图线是向下倾斜的直线。(2)电阻的伏安特性曲线中，U与I成正比，前提是R保持一定，而这里的U－I图线中，E、r不变，外电阻R改变，正是R的变化，才有I和U的变化。(3)实验中至少得到5组以上实验数据，画在坐标纸上拟合出一条直线。要使多数点落在直线上，且分布在直线两侧的点个数大致相等。U＝E－Ir(4)将图线延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就等于。横轴截距点(路端电压U＝0)意味着短路情况，它的数值等于。特别提醒1两个截距点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推得到的。2由于r一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r时选取直线上相距较远的两点求得。电动势短路电流六、注意事项1．实验电路图：电流表和滑动变阻器串联后与电压表并联。2．电流表一般选0～0.6A挡，电压表一般选0～3V挡。3．电流不能过大，一般小于0.5A。4．由于电池内阻一般较小，为使电压表读数有明显变化，可采用内阻较大的旧电池，或给电池串联一个定值电阻R0，测出等效内阻后再减掉R0即可。七、误差分析1．系统误差：由于电压表的分流，电流表读数略小于干路总电流，使E、r测量值均小于真实值。2．偶然误差：读数或作图不准确会产生偶然误差。(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)1．除了伏安法测电源电动势和内阻外还可以用电压表和滑动变阻器来测电源的电动势和内阻。()2．根据电源的U－I图象可以求得电源的电动势和内阻。()×√1.(实验原理)(多选)用如图所示的电路测量电池电动势和内阻时，若有两只电压表V1、V2量程相同，内阻分别为RV1、RV2，且RV1＞RV2；两只电流表A1、A2量程相同，内阻分别为RA1、RA2，且RA1＞RA2，在实验中，为了使E、r的测量值更精确一些，选择的电表应该是()A．V1与A1B．V1与A2C．V2与A1D．V2与A2解析由于电压表有分流作用，所以电阻越大分流作用越小，测量结果精确一些，故A、B两项正确。答案AB2．(实物连线和数据处理)用电流表和电压表测电池的电动势和内阻，提供的器材如图甲所示。(1)用实线代表导线把图甲中的实物连接成测量电路。(两节干电池串联作为电源，图中有部分线路已连好)(2)图乙中的6个点表示实验测得的6组电流I、电压U的值，按照这些实验值作出U－I图线，由此图线求得的每节电池电动势E＝________V，每节电池的内阻r＝________Ω。(结果保留三位有效数字)1.480.364答案(1)见解析图答案(2)见解析图解析(1)测量电路的实物连接图如图甲所示。(2)按照实验值作出的U－I图线如图乙所示。从图象可以得出，图线在U轴上的截距为2.96V，则每节电池的电动势为E＝12×2.96V＝1.48V。图线斜率的绝对值为k＝2.96－2.01.32≈0.727，即电源的内阻为r电＝0.727Ω，每节电池的内阻为r＝12r电≈0.364Ω。考点·深度研析核心考点分层突破考点1伏安法测电源电动势和内阻考|点|速|通伏安法测电源的电动势和内阻的原理关系式是U＝E－Ir，其电路如图。典|例|微|探【例1】在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中：(1)备有如下器材：A．干电池1节B．滑动变阻器(0～20Ω)C．滑动变阻器(0～1kΩ)D．电压表(0～3V)E．电流表(0～0.6A)F．电流表(0～3A)G．开关、导线若干其中滑动变阻器应选________，电流表应选________。(均填选项字母)BE(2)为了最大限度地减小实验误差，请在下面的虚线框中画出该实验最合理的电路图。(3)某同学记录的实验数据如下表所示，试根据这些数据在图中画出U－I图线，根据图线得到被测电池的电动势E＝__________V，内阻r＝________Ω。123456I/A0.100.150.200.250.300.40U/V1.321.261.181.131.040.931.451.3答案(2)见解析图答案(3)见解析图解析(1)由于干电池的电动势只有1.5V，滑动变阻器应选B，从测量的数据可以看出电流最大只有0.4A，电流表应选E。(2)电路图如图所示。(3)作出的U－I图象如图所示，从图象可以看出在U轴上的截距为1.45V，即电源的电动势为1.45V。图象斜率的绝对值为k＝ΔUΔI＝0.650.5Ω＝1.3Ω。题|组|冲|关1．用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有：电流表A1(量程0～30mA)；电流表A2(量程0～100mA)；电压表V(量程0～6V)；滑动变阻器R1(阻值0～5Ω)；滑动变阻器R2(阻值0～300Ω)；开关S一个，导线若干条。某同学的实验过程如下：①设计如图甲所示的电路图，正确连接电路。②将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，I为横轴，得到如图乙所示的图线。③断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变。重复②的步骤，得到另一条U－I图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0,0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)。回答下列问题：(1)电流表应选用________，滑动变阻器应选用____________。(2)由图乙的图线，得电源内阻r＝________Ω。(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx＝_______________，代入数值可得Rx。A2R225U0I0－r(4)若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围________，电压表示数变化范围________。(均填“相同”或“不同”)相同不同解析(1)由题图乙知，电流最大不超过100mA，电流表选A2。R＝EI＝6V100mA＝60Ω，滑动变阻器应选R2。(2)图线斜率绝对值等于电源内阻，r＝6.0－3.50.1Ω＝25Ω。(3)Rx改接B、C之间，作出U－I图象，图线斜率绝对值为Rx＋r，因此Rx＝U0I0－r。(4)电流表测量干路电流，不论Rx接在什么位置，电路中的总电阻是相同的，根据I＝ER＋r，可判断出电流表示数变化范围相同。电压表测量电路不同部分，根据U＝IR，可判断出电压表示数变化范围不同。2．利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻。要求尽量减小实验误差。(1)应该选择的实验电路是图中的________(填“甲”或“乙”)。(2)现有电流表(0～0.6A)、开关和导线若干，以及以下器材：A．电压表(0～15V)B．电压表(0～3V)C．滑动变阻器(0～50Ω)D．滑动变阻器(0～500Ω)甲实验中电压表应选用________；滑动变阻器应选用________。(均填选项字母)(3)某位同学记录的6组数据如表所示，其中5组数据的对应点已经标在图的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U－I图线。序号123456电压U/V1.451.401.301.251.201.10电流I/A0.0600.1200.2400.2600.3600.480BC(4)根据(3)问中所画图线可得出干电池的电动势E＝______V，内阻r＝________Ω。(5)实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化。下图的各示意图中正确反映P－U关系的是________。(填选项字母)1.500.83C解析(1)测量电源电动势和内阻实验中，由于干电池的内阻很小，电流表应内接，所以应该选择的实验电路为甲。(2)由于干电池的电动势大约为1.5V，所以电压表选择量程为3V的，滑动变阻器选择0～50Ω的。(3)在图中标出第2组数据后，可以看出，除第4组数据所描点偏离直线较多外，其他5组数据所描点都大致处于一条直线上，用直尺过尽可能多的点作一直线，不在直线上的点尽可能分居直线两侧，得到干电池的伏安特性曲线。(4)根据闭合电路欧姆定律，E＝U＋Ir，变化为U＝E－Ir。由此可知，干电池的伏安特性曲线在纵轴的截距数值等于电源电动势，斜率的绝对值等于电源内阻，所以电池的电动势E＝1.50V，内阻r≈0.83Ω。(5)根据电源最大输出功率的条件，当外电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大。此时电压表示数等于电源电动势的一半，C项正确。答案(3)如图考点2测量电动势和内阻的其他方法考|点|速|通1．安—阻法用一个电流表和电阻箱测量，电路如图，测量原理为E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。2．伏—阻法用一个电压表和电阻箱测量，电路如图，测量原理为E＝U1＋U1R1r，E＝U2＋U2R2r，由此可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。3．粗测法：用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源电动势，此时U＝ERVRV＋r≈E，需满足RV≫r。4.双伏法：用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示。测量方法为：断开S时，测得V1、V2的示数分别为U1、U2，此时，E＝U1＋U2＋U1RVr，RV为V1的内阻；再闭合S，V1的示数为U′1，此时E＝U′1＋U′1RVr，解方程组可求得E和r。典|例|微|探【例2】某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材：一个满偏电流为100μA、内阻为2500Ω的表头，一个开关，两个电阻箱(0～999.9Ω)和若干导线。(1)由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为50mA的电流表，则应将表头与电阻箱________(填“串联”或“并联”)，并将该电阻箱阻值调为__________Ω。并联5.0(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量，实验电路如图甲所示，通过改变电阻R测相应的电流I，且作相关计算后一并记录如下表：123456R/Ω95.075.055.045.035.025.0I/mA15.018.724.829.536.048.0IR/V1.421.401.361.331.261.20(3)根据表中数据，图中已描绘出四个点，现将5、6两组数据也描绘在图乙中，并描绘IR－I图线。(4)根据图线可得电池的电动势E是__________V，内阻r是________Ω。1.532.0答案(3)见解析图解析(1)改装电流表时，在表头上并联一个电阻，即电阻箱。当表头满偏时Ug＝IgRg，Ug＝0.1mA×2500Ω＝250mV，R＝UgI－Ig