2019年高考物理一轮复习第八章恒定电流第5讲实验:测定电源的电动势和内阻学案.doc

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资源描述

1、【 精品教育资源文库 】 第 5 讲 实验:测定电源的电动势和内阻 微知识 1 实验目的 测定电源的电动势和内阻。 微知识 2 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 Ir。 2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: E I(R r)。 甲 乙 丙 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: E U URr。 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。 微知识 3 实验器材

2、 电池 (待测电源 ),电压表,电流表,滑动变阻器,开关,导线,坐标纸。 微知识 4 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 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,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 电压 、 电流 值。 4断开开关,整理好器材。 5数据处理:在坐标纸上作 U I 图线,求出 E、 r。 【 精品教育资源文库 】 微知识 5 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

3、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 U E Ir,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。 (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 电动势 。横轴截距点 (路端电压 U 0)意味着短路情况,它的数值等于

4、 短路电流 。 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。 微知识 6 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 0.6 A 挡,电 压表一般选 0 3 V 挡。 3电流不能过大,一般小于 0.5 A。 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。 微知识 7 误差分

5、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。 一、思维辨析 (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。 () 二、对点微练 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【 精品教育资源文库 】 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

6、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 A1 B V1与 A2 C V2与 A1 D 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,故选项 A、B 正确。 答案 AB 2 (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

7、此图线求得的每节电池电动势 E _V,每节电池的内阻 r _ 。 (结果保留三位有效数字 ) 解析 (1)测量电路的实物连接图如图甲所示。 【 精品教育资源文库 】 (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 2.96 V,则每节电池的电动势为 E 122.96 V 1.48 V。图线斜率的绝对值为 k 2.96 2.01.320.727 ,即电源的内阻为 r 电 0.727 ,每节电池的内阻为 r 12r 电 0.364 。 答案 (1)见解析图甲 (2)U I 图线见解析图乙 1.48 0.364 见学生用书 P135 微考点 1 伏安法测

8、电源电动势和内阻 核 |心 |微 |讲 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 【 精品教育资源文库 】 【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 20 ) C滑动变阻器 (0 1 k) D电压表 (0 3 V) E电流表 (0 0.6 A) F电流表 (0 3 A) 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 ) (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

9、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 _ 。 1 2 3 4 5 6 I/A 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.40 U/V 1.32 1.26 1.18 1.13 1.04 0.93 【解题导思】 (1)实验中电压表的电阻对实验有何影响? 答: 电压表的分流作用使电动势的测量值偏小。 (2)画出电源的 U I 图象,从图象如何求出电源的电动势和内阻? 答: U I 图象的纵截距表示电源的电动势 ,斜率的绝对值表示电源的内阻。 解析 (1)由于干电池的电动势只有 1.5 V,滑动变阻器应选 B,从测量的数据可以看出

10、电流【 精品教育资源文库 】 最大只有 0.4 A,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 1.45 V,即电源的电动势为 1.45 V。图象斜率的绝对值为 k U/ I 0.65/0.5 1.3 。 答案 (1)B E (2)见解析图 (3)U I 图象见解析图 1.45 1.3 题 |组 |微 |练 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 6 V,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 30 mA); 电流表 A2(量程 0 100 mA)

11、; 电压表 V(量程 0 6 V); 滑动变阻器 R1(阻值 0 5 ) ; 滑动变阻器 R2(阻值 0 300 ) ; 开关 S 一个,导线若干条。 某同学的实验过程如下: 设计如图甲所示的电路图,正确连接电路。 【 精品教育资源文库 】 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。 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 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)。

12、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 _ 。 (3)用 I0、 U0和 r 表示待测电阻的关系式 Rx _,代入数值可得 Rx。 (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 ”) 解析 (1)由题图乙知,电流最大不超过 100 mA,电流表选 A2。 R EI 6 V100 mA 60 ,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

13、.50.1 25 。 (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【 精品教育资源文库 】 表示数变化范围不同。 答案 (1)A2 R2 (2)25 (3)U0I0 r (4)相同 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

14、 (0 0.6 A)、开关和导线若干,以及以下器材: A电压表 (0 15 V) B电压表 (0 3 V) 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 _。 (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 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 【 精品教育资源文库 】 (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 _ 。 (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 ) 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 1.5 V,所以电压表选择量程

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