2019年度高考物理一轮复习第八章恒定电流实验十测定电源的电动势和内阻学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 实验十 测定电源的电动势和内阻 1.实验原理 闭合电路欧姆定律 . 2.实验器材 电池、电压表、电流表、 滑动变阻器 、开关、导线、坐标纸和刻度尺 . 3.基本操作 (1)电流表用 0.6A 的量程，电压表用 3V 的量程，按图 1 连接好电路 . 图 1 (2)把滑动变阻器的滑片移到使阻值最 大 的一端 . (3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据 (I1， U1).用同样的方法再测量几组 I、 U值，填入表格中 . (4)断开开关，拆除电路，整理好器材 . 1.实验数据求 E、 r 的处理方法 (1)列方程求解 ：由 U E Ir 得?

2、U1 E I1rU2 E I2r ，解得 E、 r. (2)用作图法处理数据，如图 2 所示 . 图 2 图线与纵轴交点为 E； 【 精品教育资源文库 】 图线与横轴交点为 I 短 Er； 图线的斜率表示 r | U I|. 2.注意事项 (1)为了使路端电压变化明显，可使用内阻较 大 的旧电池 . (2)电流不要过大，应小于 0.5A，读数要快 . (3)要测出不少于 6 组的 (I， U)数据，变化范围要大些 . (4)若 U I 图线纵 轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据 r | U I|确定 . (5)电流表要内接 (因为 r 很小 ). 3.误差来源 (

3、1)偶然误差：用图象法求 E 和 r 时作图不准确 . (2)系统误差：电压表分流 . (3)本实验中测量结果是： E 测 E 真 ， r 测 r 真 . 命题点一 教材原型实验 例 1 (2016 四川理综 8) 用如图 3所示电路测量电源的电动势和内阻 .实验器材：待测电源 (电动势约 3V，内阻约 2) ，保护电阻 R1(阻值 10) 和 R2(阻值 5) ，滑动变阻器 R，电流表 A，电压表 V，开关 S，导线若干 . 图 3 实验主要步骤： () 将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关； () 逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数 U 和相应电流表的示数 I； (

4、) 以 U 为纵坐标， I 为横坐标，作 U I 图线 (U、 I 都用国际单位 )； () 求出 U I 图线斜率的绝对值 k 和在横轴上的截距 a. 回答下列问题： 【 精品教育资源文库 】 (1)电压表最好选用；电流表最好选用 . A.电压表 (0 3V，内阻约 15k) B.电压表 (0 3V，内阻约 3k) C.电流表 (0 200mA，内阻约 2) D.电流表 (0 30mA，内阻约 2) (2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大 .两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是 . A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱 B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱 C.一

5、条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱 D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱 (3)选用 k、 a、 R1和 R2表示待测电源的电动势 E 和内阻 r 的表达式 E， r，代入数值可得 E 和 r 的测量值 . 答案 (1)A C (2)C (3)ka k R2 解析 (1)电压表内阻越大，分流越小，误差也就越小，所以选内阻较大的电压表 A；当滑动变阻器接入电阻最小时通过电流表的电流最大，此时通过电流表的电流大小约为 I ER1 R2 r176mA ，所以选量程为 200mA的电流表 C. (2)由电路分析可知，若滑动变阻器的

6、滑片右移电压表示数变大，则滑动变阻器接入电路部分阻值增大，选项C 符合题意 . (3)由 E U I(r R2)，得 U I(r R2) E，对比伏安特性曲线可知，图象斜率的绝对值 k r R2，所以电源内阻 r k R2；令 U 0， 得 I Er R2 Ek，由题意知 U I 图线与横轴截距为 a，所以 a I Ek，则 E ka. 变式 1 利用图 4 所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差 .供选择的器材有： 图 4 A.电流表 A(0 0.6A) B.电压表 V1(0 3V) C.电压表 V2(0 15V) D.滑动变阻器 R1(0 20) E.滑动变阻器 R2

7、(0 200) F.定值电阻 R0 1 G.开关一个，导线若干 (1)实验中电压表应选用，滑动变阻器应选用 (选 填相应器材前的字母 ). 【 精品教育资源文库 】 (2)闭合开关，电压表和电流表均有示数，但是无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表的读数变化都非常小 .同学们讨论后，在原电路的基础上又加了一个定值电阻 R0，问题得到解决 .请你在 方 框内画出改进后的电路图 . 某位同学记录了 6 组数据，对应的点已经标在坐标纸上 .在图 5 坐标纸上画出 U I 图线，根据所画图线可得出干电池的电动势 E V，内电阻 r .( 结果均保留两位有效数字 ) 图 5 答案 (1)B D (2)见

8、解析图 1.5 0.14(0.13 0.18 均可 ) 解析 (1)由于干电池的电动 势为 1.5V，所以应选电压表 B， C 的量程太大，误差太大；选用小的滑动变阻器便于操作，故选 D. (2)电路图如图甲所示， U I 图线如图乙所示 【 精品教育资源文库 】 图象的纵截距表示电源电动势，故有 E 1.5V，所以内阻为 r U I R0 1.5 1.00.44 10.14 变式 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 6 中的 (选填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ”). 图 6 (2)现有电流表 (0 0.6A)、开关和导

9、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 50) D.滑动变阻器 (0 500) 实验中电压表应选用；滑动变阻器应选用 .(选填相应器材前的字母 ) (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 7，请标出余下一组数据的对应点，并画出 U I 图线 . 序号 1 2 3 4 5 6 电压 U(V) 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10 电流 I(A) 0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480 图 7 (4)根据 (3)中所画图线可得出干电池的电动势 E

10、 V，内电阻 r . (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 .下列示意图中正确反映 P U 关系的是 . 【 精品教育资源文库 】 答案 (1)甲 (2)B C (3)如图所示 (4)1.50(1.49 1.51 均可 ) 0.83(0.81 0.85 均可 ) (5)C 解析 (1)干电池内阻相对一般电流表内阻而言较小，为减小电流表分压带来的系统误差，故应选甲 . (2)干电池电动势约为 1.5V，电压表选 B 可减小读数误差 .滑动变 阻器应选 C，若选 D，由于总阻值较大，则滑片滑动时移动范围小，不便调节 . (3)图线应为直线

11、，作图时使尽量多的点在线上，不在线上的点应均匀分布在线的两侧，误差较大的点舍去 . (4)由 U E Ir 可得图象上的纵轴截距 E 1.50V，斜率的绝对值 r0.83. (5)输出功率 P UI U E Ur 1r(U E2)2 E24r，应为开口向下的抛物线， C 正确 . 变式 3 手机、电脑等电器已经普及到人们的日常生活中，这些电器都要用到 蓄电池 .某同学利用下列器材测定一节蓄电池的电动势和内阻 .蓄电池的电动势约为 3V. A.量程是 0.6A，内阻约为 0.5 的电流表； B.量程是 3V，内阻是 6k 的电压表； C.量程是 15V，内阻是 30k 的电压表； D.阻值为 0

12、 1k ，额定电流为 0.5A 的滑动变阻器； E.阻值为 0 10 ，额定电流为 2A 的滑动变阻器； F.定值电阻 4 ，额定功率 4W； G.开关 S 一个，导线若干 . (1)为了减小实验误差，电压表应选择 (填器材代号 )，图 8 中的导线应连接到处 (填 “” 或 “”) ，改变滑动变阻器阻值的时候，为了使 电压表和电流表的读数变化比较明显，滑动变阻器应选择 (填器材代号 ). 【 精品教育资源文库 】 图 8 (2)用 (1)问中的实验电路进行测量，读出电压表和电流表的读数，画出对应的 U I 图线如图 9 所示，由图线可得该蓄电池的电动势 E V，内阻 r .( 结果保留两位

13、有效数字 ) 图 9 答案 (1)B E (2)3.2 1.3 解析 (1)蓄电池的电动势约为 3V，电压表 C 的量程太大，选电压表 B.导线接 处，与电池串联的定值电阻阻值已知，有利于准确测出电池的内阻 .电流表量程为 0.6A，由 R EI得回路中的总电阻不能 小于 5 ，滑动变阻器 D 总阻值太大，操作不方便，滑动变阻器选 E.(2)由图线在纵轴上的截距可得蓄电池的电动势 E 3.2V，图线斜率的绝对值 |k|5.3 ，减去与电池串联的定值电阻的阻值 4 ，可得电池的内阻 r 1.3. 命题点二 实验拓展创新 例 2 (2017 天津理综 9(3) 某探究性学习小组利用如图 10 所示

14、的电路测量电池的电动势和内阻 .其中电流表 A1的内阻 r1 1.0k ，电阻 R1 9.0k ，为了方便读数和作图，给电池串联一个 R0 3.0 的电阻 . 图 10 按图示电路进行连接后，发现 aa 、 bb 和 cc 三条导线中，混进了一条内部断开的导线 .为了确定哪一条导线内部是断开的，将电键 S 闭合，用多用电表的电压挡先测量 a、 b 间电压，读数不为零，再测量 a、 a间电压，若读数不为零，则一定是导线断开；若读数为零，则一定是导线断开 . 【 精品教育资源文库 】 图 11 排除故障后，该小组顺利完成实验 .通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表 A1和 A2的多组 I1

15、、 I2数据，作出图象如图 11.由 I1 I2图象得到电池的电动势 E V，内阻 r . 答案 aa bb 1.41(1.36 1.44 均可 ) 0.5(0.4 0.6 均可 ) 解析 用电压挡检测电路故障，电压表的表头是电流计，原电路有断路，回路中无电流，将电压表接在 a、b 间后有示数，说明电路被接通，即 a、 b 间有断路故障，再测量 a、 a 间电压，电压表读数不为零，说明断路故障的范围被缩小到 a、 a 间，则一定是 aa 导线断开；若读数为零，则说明电路仍未被接通，电路故障一定是 bb 导线断开 . 根据闭合电路的欧姆定律得 E I1(R1 r1) (I1 I2)(R0 r)， I1?I2，上式可简化为 E I1(R1 r1) I2(R0r)，读出两点坐标： (60 mA,0.12 mA)和 (260 mA,0.05 mA)，代入方程解得：电动势 E 1.41 V，内阻