2019-2020年高三物理復(fù)習(xí) 第7章 實驗 測量電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案實驗?zāi)康?進(jìn)一步理解閉合電路歐姆定律，掌握用電壓表和電流表測量電源電動勢和內(nèi)阻的方法2掌握用圖象法求電動勢和內(nèi)阻的方法；理解并掌握路端電壓U與干路電流I的關(guān)系圖象(即UI圖象)與縱、橫坐標(biāo)軸交點坐標(biāo)的意義以及圖象斜率的意義實驗原理本實驗的依據(jù)是閉合電路的歐姆定律，實驗電路如圖1所示圖11公式法：改變變阻器的阻值，從電流表、電壓表中讀出幾組U、I值，由U_可得EU1I1r，EU2I2r，解之E、r，多測幾組數(shù)據(jù)，分別求出幾組電動勢E和r的值，然后求出它們的平均值2圖象法：改變R的阻值，多測幾組U、I值實驗中至少測出6組U、I值，且變化范圍要大些，圖2然后在UI坐標(biāo)系中描點作圖，所得直線與縱軸的交點即為_，圖線_的絕對值即為內(nèi)阻r的值如圖2所示實驗器材電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙實驗步驟1連接電路電流表用0.6 A量程，電壓表用3 V量程，按圖1連接好電路2測量與記錄(1)把滑動變阻器的滑片移動到使接入電路的阻值最大的一端(2)閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1、U1)用同樣方法測量幾組I、U值3數(shù)據(jù)處理、整理器材(1)斷開開關(guān)，拆除電路整理好器材(2)取坐標(biāo)紙，以_為橫軸，_為縱軸，描繪出所記錄的各組I、U值的對應(yīng)點，連成UI圖線延長UI圖線，它與坐標(biāo)軸有兩個交點，讀取E，進(jìn)一步可以算出r_，如圖2所示注意事項1本實驗采用伏安法正確的實驗電路為電流表內(nèi)接法(如圖1所示)，不要接成電流表外接法(如圖3所示)圖32合理選擇電壓表、電流表量程測一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻時，電壓表選3 V量程，電流表選0.6 A量程，滑動變阻器選010 .3應(yīng)使用內(nèi)阻大些(用過一段時間)的干電池；在實驗中不要將I調(diào)得過大；每次讀完I和U的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開電源，以免干電池在大電流放電時E和r明顯變化4在作UI圖線時，要使較多的點落在這條直線上，不在直線上的點應(yīng)對稱分布在直線的兩側(cè)，不要顧及個別偏離直線較遠(yuǎn)的點，以減小偶然誤差5干電池內(nèi)阻較小時，U的變化較慢，此時，坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點將呈現(xiàn)如圖4甲所示的狀況，為此，可使縱坐標(biāo)不從零開始，如圖乙所示，把坐標(biāo)的比例放大，可使結(jié)果的誤差減小些此時圖線與橫軸交點不表示短路電流另外，計算內(nèi)阻要在直線上任取兩個相距較遠(yuǎn)的點，用r|算出電池的內(nèi)阻r.圖4誤差分析由于實驗電路及電壓表、電流表內(nèi)阻的影響，本實驗結(jié)果E測<E真，r測<r真題型一利用電流表和電壓表測電源的電動勢和內(nèi)阻【例1】 某同學(xué)將銅片和鋅片插入水果中制成一個“水果電池”，該同學(xué)利用下列所給器材測量該“水果電池”的電動勢E和內(nèi)阻r.A電流表A1(量程0.6 A，內(nèi)阻約1 )B電流表A2(量程20 mA，內(nèi)阻約50 )C電壓表V1(量程4 V，內(nèi)阻約4 k)D電壓表V2(量程15 V，內(nèi)阻15 k)E滑動變阻器R1(01 000 )F滑動變阻器R2(09 999.9 )G待測“水果電池”(電動勢E約為4 V，內(nèi)阻r約為200 )H開關(guān)S，導(dǎo)線若干(1)為盡量減小實驗的誤差，實驗中電流表選擇_；電壓表選擇_；滑動變阻器選_請在虛線方框中畫出實驗電路圖；(2)該同學(xué)實驗中記錄的6組對應(yīng)的數(shù)據(jù)如下表，試根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖5中描點畫出UI圖線；由圖線可得，“水果電池”的電動勢E_V，內(nèi)電阻r_.圖5I/mA4.05.08.010.012.014.0U/V3.042.852.301.901.501.14(3)實驗測得的“水果電池”的電動勢和內(nèi)阻與真實值相比，E測_E真，r測_r真(選填“大于”、“小于”或“等于”)規(guī)范思維題型二安阻法(利用電流表、電阻箱)測電源的電動勢和內(nèi)電阻圖6實驗器材：一節(jié)干電池、電流表、電阻箱、電鍵依據(jù)的基本公式：_實驗原理圖：如圖6所示用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，若作出R圖象(或R圖象)，圖象在R軸上的截距即為電源內(nèi)阻的負(fù)值，圖線的斜率即為電動勢E.【例2】 (xx北京理綜21(2)某同學(xué)通過查找資料自己動手制作了一個電池該同學(xué)想測量一下這個電池的電動勢E和內(nèi)電阻r，但是從實驗室只借到一個開關(guān)、一個電阻箱(最大阻值為999.9 ，可當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電阻用)、一只電流表(量程Ig0.6 A，內(nèi)阻rg0.1 )和若干導(dǎo)線(1)請根據(jù)測定電動勢E和內(nèi)電阻r的要求，設(shè)計圖7中器件的連接方式，畫線把它們連接起來圖7圖8(2)接通開關(guān)，逐次改變電阻箱的阻值R，讀出與R對應(yīng)的電流表的示數(shù)I，并作記錄當(dāng)電阻箱的阻值R2.6 時，其對應(yīng)的電流表的示數(shù)如圖8所示處理實驗數(shù)據(jù)時，首先計算出每個電流值I的倒數(shù)；再制作R坐標(biāo)圖，如圖9所示，圖中已標(biāo)注出了(R，)的幾個與測量對應(yīng)的坐標(biāo)點，請你將與圖8實驗數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標(biāo)點也標(biāo)注在圖9上圖9(3)在圖9上把描繪出的坐標(biāo)點連成圖線(4)根據(jù)圖9描繪出的圖線可得出這個電池的電動勢E_V，內(nèi)電阻r_.規(guī)范思維題型三伏阻法(利用電壓表、電阻箱)測電源電動勢和內(nèi)電阻實驗器材：圖10一節(jié)干電池、電壓表、電阻箱、電鍵依據(jù)的基本公式：EUr或?qū)嶒炘韴D：如圖10所示用圖象法處理數(shù)據(jù)，若作出圖象，圖象在軸上的截距為電動勢的倒數(shù)1/E，斜率為r/E，由斜率和截距可求得電動勢和內(nèi)電阻圖11【例3】 甲同學(xué)設(shè)計了如圖11所示的電路測電源電動勢E及電阻R1和R2的阻值實驗器材有：待測電源E(不計內(nèi)阻)，待測電阻R1，待測電阻R2，電壓表V(量程為1.5 V，內(nèi)阻很大)，電阻箱R(099.99 )，單刀單擲開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2，導(dǎo)線若干(1)先測電阻R1的阻值請將甲同學(xué)的操作補(bǔ)充完整：閉合S1，將S2切換到a，調(diào)節(jié)電阻箱，讀出其示數(shù)r和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U1，保持電阻箱示數(shù)不變，_，讀出電壓表的示數(shù)U2.則電阻R1的表達(dá)式為R1_.圖12(2)甲同學(xué)已經(jīng)測得電阻R14.8 ，繼續(xù)測電源電動勢E和電阻R2的阻值該同學(xué)的做法是：閉合S1，將S2切換到a，多次調(diào)節(jié)電阻箱，讀出多組電阻箱示數(shù)R和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U，由測得的數(shù)據(jù)，繪出了如圖12所示的圖線，則電源電動勢E_ V，電阻R2_ .規(guī)范思維題型四實驗的設(shè)計和創(chuàng)新【例4】 (xx大綱全國23)使用多用電表測量電阻時，多用電表內(nèi)部的電路可以等效為一個直流電源(一般為電池)、一個電阻和一表頭相串聯(lián)，兩個表筆分別位于此串聯(lián)電路的兩端現(xiàn)需要測量多用電表內(nèi)電池的電動勢，給定的器材有：待測多用電表，量程為60 mA的電流表，電阻箱，導(dǎo)線若干實驗時，將多用電表調(diào)至1 擋，調(diào)好零點；電阻箱置于適當(dāng)數(shù)值完成下列填空：(1)儀器連線如圖13所示(a和b是多用電表的兩個表筆)若兩電表均正常工作，則表筆a為_(填“紅”或“黑”)色；圖13(2)若適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻箱后，圖13中多用電表、電流表與電阻箱的示數(shù)分別如圖14(a)、(b)、(c)所示，則多用電表的讀數(shù)為_，電流表的讀數(shù)為_mA，電阻箱的讀數(shù)為_；(a)(b)(c)圖14(3)將圖13中多用電表的兩表筆短接，此時流過多用電表的電流為_mA；(保留3位有效數(shù)字)(4)計算得到多用電表內(nèi)電池的電動勢為_V(保留3位有效數(shù)字)規(guī)范思維圖151如圖15所示為某次測量電源的電動勢和內(nèi)阻所作的圖象，有關(guān)這個圖象的說法正確的是()A縱軸截距表示待測電源的電動勢，即E3 VB橫軸截距表示短路電流，即I短0.6 AC根據(jù)rE/I短，計算出待測電源內(nèi)阻為5 D根據(jù)rU/I，計算出待測電源內(nèi)阻為1 2(xx廣東理綜34(2)某同學(xué)利用電壓表和電阻箱測定干電池的電動勢和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻(R05 )一個，開關(guān)兩個，導(dǎo)線若干，實驗原理圖如圖16(a)所示(1)在圖(b)的實物圖中，已正確連接了部分電路，請完成余下電路的連接(2)請完成下列主要實驗步驟：檢查并調(diào)節(jié)電壓表指針指零；調(diào)節(jié)電阻箱，示數(shù)如圖(c)所示讀得電阻值是_；將開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2斷開，電壓表的示數(shù)是1.49 V.將開關(guān)S2_，電壓表的示數(shù)是1.16 V；斷開開關(guān)S1.(3)使用測得的數(shù)據(jù)，計算出干電池的內(nèi)阻是_(計算結(jié)果保留二位有效數(shù)字)(4)由于所用電壓表不是理想電壓表，所以測得的電動勢比實際值偏_(填“大”或“小”)圖163現(xiàn)有一特殊電池，它的電動勢E約為9 V，內(nèi)阻r約為40 ，已知該電池允許輸出的最大電流為50 mA.為了測量這個電池的電動勢和內(nèi)阻，某同學(xué)利用如圖17甲所示的電路進(jìn)行實驗，圖中電流表的內(nèi)阻RA已經(jīng)測出，阻值為5 ，R為電阻箱，阻值范圍0999.9 ，R0為定值電阻，對電路起保護(hù)作用(1)實驗室備有的定值電阻R0共有以下幾種規(guī)格A10 B50 C150 D500 本實驗選用哪一種規(guī)格的定值電阻最好_(2)該同學(xué)接入符合要求的R0后，閉合開關(guān)K，調(diào)整電阻箱的阻值，讀取電流表的示數(shù)，記錄多組數(shù)據(jù)，作出了圖乙所示的圖線，則根據(jù)該同學(xué)作出的圖線可求得該電池的電動勢E_ V，內(nèi)阻r_ .甲乙圖174(xx江蘇單科10)在測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，由于所用電壓表(視為理想電壓表)的量程較小，某同學(xué)設(shè)計了如圖18所示的實物電路圖18(1)實驗時，應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到_(選填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改變電阻箱的阻值R，分別測出阻值R010 的定值電阻兩端的電壓U.下列兩組R的取值方案中，比較合理的方案是_(選填“1”或“2”)方案編號電阻箱的阻值R/1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點，繪出的R圖象是一條直線若直線的斜率為k，在坐標(biāo)軸縱軸上的截距為b，則該電源的電動勢E_，內(nèi)阻r_.(用k、b和R0表示)實驗學(xué)案37測量電源的電動勢和內(nèi)阻【基礎(chǔ)自主落實】實驗原理1EIr2.電動勢值斜率實驗步驟3(2)電流I路端電壓U【熱點題型精析】例1 (1)A2V1R1實驗電路圖見解析(2)UI圖線見解析3.80190(3)小于小于解析(1)實驗電路圖如下圖所示(2)如下圖所示，直線與縱軸的截距即為電動勢，所以E3.80 V，直線斜率的絕對值即為電源的電阻，所以r|190 .(3)由于電流表A2的示數(shù)是支路電流，而電壓表的示數(shù)等于實際的路端電壓，從而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致的結(jié)果是：E測小于E真，r測小于r真規(guī)范思維本實驗是一個對實際問題的探究，其實驗方案是教科書上測量電源的電動勢和內(nèi)阻實驗原理的拓展例2 (1)如下圖所示(2)、(3)如下圖所示(4)1.52(1.461.54)0.3(0.250.35)解析首先應(yīng)理解本題的實驗原理，由閉合電路歐姆定律可知：得R(rrg)可知在R圖象中，圖線的斜率就是E，縱軸截距為(rrg)(1)把它們直接串聯(lián)即可(2)當(dāng)R2.6 時，由圖可知，I0.5 A，2 A1，點(2,2.6)見答圖(3)見答圖，可見是一條傾斜的直線注意連線時：a.不能連成折線，b.為減小偶然誤差，個別偏離太遠(yuǎn)的點舍去(4)由閉合電路的歐姆定律得EI(Rrrg)則R(rrg)，故圖線的斜率k表示電池電動勢E的大小，縱軸截距的絕對值表示內(nèi)阻(rrg)由答圖可知：Ek V1.52 V(1.461.54 V范圍內(nèi)均正確)，r0.3 (0.250.35 均正確)規(guī)范思維本題處理數(shù)據(jù)時畫出的不是RI圖線(曲線)，而R圖線(直線)，這樣會很容易的求出電源的電動勢和內(nèi)電阻這種方法跟研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，不是利用am圖線而是利用a圖線尋找結(jié)論是相同的例3 (1)將S2切換到br(2)1.43(或)1.2解析(1)將S2切換到a時，電壓表示數(shù)為U1，電阻箱電阻為r，則電路中電流I1；將S2切換到b時，電壓表示數(shù)為U2，則電路中電流為I2，由于I1I2，解得R1r.(2)由閉合電路歐姆定律得：EU(R1R2)整理得：由題圖可得0.7，則E1.43 V將2.8，0.5代入得：R21.2 .規(guī)范思維本實驗中雖缺少電流表，但有電阻箱，可利用“伏阻法”測電源電動勢和內(nèi)電阻的原理體會用圖象法處理數(shù)據(jù)的技巧：先寫出縱、橫坐標(biāo)所表示物理量的表達(dá)式關(guān)系式，然后從斜率的意義、截距的意義為突破口，求解未知量例4 (1)黑(2)14.053.04.6(3)102(4)1.54解析(1)由多用電表電流“紅表筆進(jìn)，黑表筆出”，電流表“”接線柱電流流進(jìn)，“”接線柱電流流出知，a表筆為黑色表筆(2)根據(jù)題圖讀數(shù)，多用電表讀數(shù)為14.0 ，電流表讀數(shù)為53.0 mA，電阻箱讀數(shù)為41 60.1 4.6 .(3)從多用電表表盤來看，指針指在電流表“130”處時實際電流為53 mA，故指針指到最右端“250”處時，實際電流為53 mA102 mA.(4)由EIRIr知，E140.0530.053r，又0.102，得E1.54 V.規(guī)范思維本題雖為實驗題，但真正考查的還是閉合電路歐姆定律理解好以下幾點是解題關(guān)鍵：多用電表的原理把多用電表看作能讀出外電阻的電源串聯(lián)電路的電流處處相等【課時效果檢測】1AD2(1)如下圖所示(2)20 閉合(3)0.69 (4)小解析(1)見答案(2)由圖(c)讀得電阻箱阻值為R20 ；將S1閉合S2斷開，電壓表示數(shù)為電源電動勢E1.49 V，將S2再閉合，電壓表示數(shù)為R兩端電壓將電壓表視為理想電表，則干路電流I A0.058 A.(3)因為I，所以rR0R(520) 0.69 .(4)若考慮電壓表的內(nèi)阻，則S1閉合S2斷開時，電壓表示數(shù)為該表兩端電壓小于電源電動勢3(1)C(2)1045解析(1)回路中的最小電阻R總 180 ，R0為保護(hù)電阻，當(dāng)R0時，電源電流也不會超出50 mA，此時R0R總rRA135 ，C最合適，A、B太小起不到保護(hù)作用，D太大，會使電路中的電流測量范圍太小(2)由閉合電路的歐姆定律有EI(rR0RAR)得(RR0)(RR0)，圖線的斜率為，由圖線知斜率k得E10 V，與縱軸的截距為5，解得r45 .4(1)最大值(2)2(3)R0解析(1)電阻箱接入回路中的電阻越大，回路電流越小，起保護(hù)電源，防止燒壞電壓表的作用，所以應(yīng)將電阻箱的電阻調(diào)到最大(2)方案1中電阻箱接入電路的電阻太大，電壓表示數(shù)太小，誤差太大因此采用方案2.(3)由閉合電路歐姆定律可知，R，所以k，b，解得：E，rR0.