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2019-2020年高考物理 考前指導(dǎo) 測定電源的電動勢和內(nèi)電阻 實驗一、測定電源電動勢的內(nèi)阻 實驗 目的 1．掌握用電壓表和電流表測定電源電動勢的內(nèi)阻的方法與原理； 2．學(xué)習(xí)掌握用U一I圖象處理數(shù)據(jù)的方法。 實驗 器材 電壓表、電流表、滑動變阻器、電池、電鍵和導(dǎo)線 【實驗原理】 如圖所示，改變R的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組I、U值，利用閉合電路歐姆定律求出幾組E、r值，最后分別算出它們的平均值。 用作圖法來處理數(shù)據(jù)：即在坐標紙上以I為橫坐標、U為縱坐標，用測出的幾組I、U值畫出U一I圖象。如圖所示．所得直線跟縱軸的交點即為電動勢值，圖線斜率的絕對值即為內(nèi)電阻r的值。 【實驗步驟】 1．電流表用0. 6 A量程，電壓表用3V量程，按圖連接好電路； 2．把變阻器的滑動片移到使阻值最大的一端； 3．閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)（I、U），用同樣方法測量幾組I、U值，記錄在自己設(shè)計的表格中； 4．打開電鍵，整理好器材； 5．處理數(shù)據(jù)，用公式法和作圖法兩種方法求出電動勢和內(nèi)電阻的值。 【數(shù)據(jù)處理】 圖象法處理實驗數(shù)據(jù) 1．本實驗中，為了減少實驗誤差，一般用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，即根據(jù)各次測出的U、I值，做圖像．所得圖線延長線與U軸的交點即為電動勢E，圖線斜率的絕對值即為電源的內(nèi)阻r，即，如圖所示。 2．應(yīng)注意當電池內(nèi)阻較小時，U的變化較小，圖象中描出的點呈現(xiàn)如圖甲所示狀態(tài)，下面大面積空間得不到利用，所描得點及做出的圖線誤差較大。為此，可使縱軸不從零開始，如圖乙所示，把縱坐標比例放大，可使結(jié)果誤差小些。此時，圖線與縱軸的交點仍代表電源的電動勢，但圖線與橫軸的交點不再代表短路狀態(tài)，計算內(nèi)阻要在直線上選取兩個相距較遠的點，由它們的坐標值計算出斜率的絕對值，即為內(nèi)阻r。 【誤差分析】 實驗電路的設(shè)計有如圖所示的甲、乙兩種情況、該實驗采取的是乙種情況?，F(xiàn)分析如下： 若采用圖甲電路，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，有 解得 若考慮電流表和電壓表內(nèi)阻，則應(yīng)有 解得 比較得 雖然測得電源電動勢E的測量值是準確的，但由于電源內(nèi)阻r與電流表內(nèi)阻相差不大，故內(nèi)阻r的測量誤差太大，所以不能采用該電路。 若采用圖乙電路，考慮電流表和電壓表內(nèi)阻，根據(jù)閉合電路歐姆定律，有 解得 比較得，但由于很大，故誤差較小，所以實驗采用的是該電路。 從以上分析可以看出，當采用圖甲電路時，誤差來源于電流表的分壓，雖然電動勢的測量是準確的，但電源內(nèi)阻的測量誤差太大當采用圖乙電路時，誤差來源于電壓表的分流，雖然電動勢和內(nèi)阻的測量都小于真實值，但誤差很小。 【注意事項】 1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些（選用已使用過一段時間的干電池）； 2．電池在大電流放電時極化現(xiàn)象較嚴重，電動勢E會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大，故長時間放電不宜超過0.3 A，短時間放電不宜超過0.5 A，因此，實驗中不要將I調(diào)得過大，讀電表要快，每次讀完后應(yīng)立即斷電； 3．測出不少于6組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解，要將測出的I、U數(shù)據(jù)中，第1和第4為一組，第2和第5為一組，第3和第6為一組，分別解出E、r值再求平均值； 4．畫出U一I圖，要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側(cè)，個別偏離直線太遠的點可舍去不予考慮。這樣，就可使偶然誤差得到部分抵消，從而提高精確度； 5．計算內(nèi)阻要在直線上任取兩個相距較遠的點，用計算出電源的內(nèi)阻。 【xx高考突破】 1．(7分)圖為測量某電源電動勢和內(nèi)阻時得到的U－I圖線．用此電源與三個阻值為3Ω的電阻連接成電路，測得路端電壓為4.8V.則該電路可能為 (　　) 2．(7分)用圖所示電路測量電池電動勢和內(nèi)阻時，若有兩只電壓表V1、V2量程相同，內(nèi)阻分別為RV1、RV2，且RV1>RV2；兩只電流表A1、A2量程相同，內(nèi)阻分別為RA1、RA2，且RA1>RA2，在實驗中，為了使E、r的測量值精確些，選擇的電表可以是 (　　) A．V1與A1　　　　　　 B．V1與A2 C．V2與A1 D．V2與A2 【答案】　AB 3．(9分)用如圖所示電路，測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻．電池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中用一個定值電阻R0起保護作用．除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外，可供使用的實驗器材還有： (a)電流表(量程0.6A、3A) (b)電壓表(量程3V、15V) (c)定值電阻(阻值1Ω、額定功率5W) (d)定值電阻(阻值10Ω、額定功率10W) (e)滑動變阻器(阻值范圍0～10Ω、額定電流2A) (f)滑動變阻器(阻值范圍0～100Ω、額定電流1A)． 那么 (1)要正確完成實驗，電壓表的量程應(yīng)選擇________V，電流表的量程應(yīng)選擇________A；R0應(yīng)選擇________Ω的定值電阻，R應(yīng)選擇阻值范圍是________Ω的滑動變阻器． (2)引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是______________________． 4．(9分)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)想測量一個這個電池的電動勢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999.9Ω，可當標準電阻用)、一只電流表(量程Ig＝0.6A，內(nèi)阻rg＝0.1Ω)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1中器件的連接方式，畫線把它們連接起來． 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．當電阻箱的阻值R＝2.6Ω時，其對應(yīng)的電流表的示數(shù)如圖2所示．處理實驗數(shù)據(jù)時，首先計算出每個電阻值I的倒數(shù)；再制作R—坐標圖，如圖3所示，圖中已標注出了(R，)的幾個與測量對應(yīng)的坐標點．請你將與圖2實驗數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標點也標注在圖3上． ③在圖3上把描繪出的坐標點連成圖線． ④根據(jù)圖3描繪出的圖線可得出這個電池的電動勢E＝__________V，內(nèi)電阻r＝__________Ω. 5．(9分)圖1是利用兩個電流表和測量干電池電動勢E和內(nèi)阻r的電路原理圖．圖中S為開關(guān)，R為滑動變阻器，固定電阻R1和內(nèi)阻之和為10000Ω(比r和滑動變阻器的總電阻都大得多)，為理想電流表． (1)按電路原理圖在圖2虛線框內(nèi)各實物圖之間畫出連線． (2)在閉合開關(guān)S前，將滑動變阻器的滑動端c移動至__________(填“a端”、“中央”或“b端”)． (3)閉合開關(guān)S，移動滑動變阻器的滑動端c至某一位置，讀出電流表和的示數(shù)I1和I2.多次改變滑動端c的位置，得到的數(shù)據(jù)為 I1(mA) 0.120 0.125 0.130 0.135 0.140 0.145 I2(mA) 480 400 320 232 140 68 在圖3所示的坐標紙上以I1為縱坐標、I2為橫坐標畫出所對應(yīng)的I1—I2曲線． (4)利用所得曲線求得電源的電動勢E＝__________V，內(nèi)阻r＝__________Ω.(保留兩位小數(shù)) (5)該電路中電源輸出的短路電流Im＝__________A. 【答案】　(1)連線如圖1所示．　(2)b端　(3)如圖2所示． (4)1.49(在1.48～1.50范圍內(nèi)同樣給分)　0.60(在0.55～0.65范圍內(nèi)同樣給分) (5)2.5(在2.3～2.7范圍內(nèi)同樣給分) 6．(12分)測量電源的電動勢E及內(nèi)阻r(E約為6V，r約為1.5Ω)．器材：量程3V的理想電壓表V，量程0.6A的電流表A(具有一定內(nèi)阻)，固定電阻R＝8.5Ω，滑動變阻器R′(0～10Ω)，開關(guān)S，導(dǎo)線若干． (1)畫出實驗電路原理圖．圖中各元件需用題目中給出的符號或字母標出． (2)用筆畫線代替導(dǎo)線在下圖中完成實線連接． (3)實驗中，當電流表讀數(shù)為I1時，電壓表讀數(shù)為U1；當電流表讀數(shù)為I2時，電壓表讀數(shù)為U2，則可以求出E＝________，r＝________.(用I1，I2，U1，U2及R表示) 【答案】　(1)(2)如圖 (3)?。璕 7．(12分)用伏安法測一節(jié)干電池的電動勢E和內(nèi)電阻r，所給的器材有： A電壓表：0～3V～15V B電流表：0～0.6A～3A C變阻器R1(總電阻20Ω) D變阻器R2(總電阻100Ω)；以及電鍵S和導(dǎo)線若干． (1)畫出實驗電路圖(標明變阻器規(guī)格)． (2)如圖所示的U—I圖上是由實驗測得的7組數(shù)據(jù)標出的點，請你完成圖線，并由圖線求出E＝________V，r＝________Ω. (3)若只選用兩組數(shù)據(jù)，用歐姆定律算出E、r，有可能誤差較大，若選用第________和第________組數(shù)據(jù)誤差最大． 【解析】　(1)電路圖如答案圖 (2)如圖，由縱軸截距可得電動勢E＝1.5V，由r＝||，可得干電池的內(nèi)阻r＝0.5Ω. (3)5、6組數(shù)據(jù)誤差較大． 【答案】　(1)電路圖如圖所示 (2)圖見解析　1.5　0.5　(3)5　6 8．(12分)按右圖所示的電路測量兩節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組的電動勢E和內(nèi)阻r，其中R為電阻箱，R0為定值電阻，干電池的工作電流不宜超過0.5A.實驗室提供的器材如下：電流表(量程0～0.6～3.0A)，電阻箱(阻值范圍0～999.9Ω)，定值電阻若干，開關(guān)、導(dǎo)線若干． (1)在下面提供的四個電阻中，保護電阻R0應(yīng)選用________(填寫阻值相應(yīng)的字母)． A．5Ω　　　B．20Ω　　　C．100Ω　　　D．1Ω (2)根據(jù)電路圖，請在圖甲中畫出連線，將器材連接成實驗電路． (3)實驗時，改變電阻箱R的值，記錄下電流表A的示數(shù)I，得到若干組R、I的數(shù)據(jù)．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出如圖乙所示的R－圖線，由此得出電池組的電動勢E＝________V，內(nèi)電阻r＝________Ω.按照此實驗方法，電動勢的測量值與真實值相比________，內(nèi)電阻的測量值與真實值相比________．(填“偏大”、“偏小”、“相等”) (3)2.9～3.0　0.9～1.1　相等　偏大 9．(12分)右圖是測定電流表內(nèi)電阻實驗的電路圖，電流表的內(nèi)電阻約為100Ω左右，滿偏電流為500μA，有電池作電源． (1)實驗室配有的可變電阻是 A．電阻箱，阻值范圍為0～10Ω B．電阻箱，阻值范圍為0～9999Ω C．電位器，阻值范圍為0～200Ω D．電位器，阻值范圍為0～20kΩ 在上述配有的可變電阻中，電路圖中的R′應(yīng)選用________；R應(yīng)選用________(填字母代號)． (2)某學(xué)生的實驗步驟如下： ①先將R的阻值調(diào)到最大，合上S1，調(diào)節(jié)R的阻值，使電流表的指針指到滿刻度 ②合上S2，調(diào)節(jié)R′和R的阻值，使電流表的指針指到滿刻度的一半 ③記下R′的阻值 指出上述實驗步驟中有什么錯誤？ 答：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (3)如果按正確實驗步驟測得的R′的阻值為100Ω，已知電流表的滿偏電流為500μA，現(xiàn)在要把它改裝成2V的電壓表，則串聯(lián)的分壓電阻R串為________Ω. 10．(13分)現(xiàn)有一塊59C2型的小量程電流表G(表頭)，滿偏電流為50μA，電阻約為800Ω～850Ω，把它改裝成1mA、10mA的兩量程電流表．可供選擇的器材有： 滑動變阻器R1，最大阻值為20Ω；滑動變阻器R2，最大阻值為100kΩ；電阻箱R′，最大阻值9999Ω；定值電阻R0，阻值1kΩ；電池E1，電動勢1.5V；電池E2，電動勢3.0V；電池E3，電動勢4.5V(所有電池內(nèi)阻均不計)；標準電流表A，滿偏電流1.5mA；單刀單擲開關(guān)S1和S2；單刀雙擲開關(guān)S3、S4；電阻絲及導(dǎo)線若干． (1)采用如下圖(甲)所示電路測量表頭的內(nèi)阻，為提高測量精確度，選用的滑動變阻器為________；選用的電池為________． (2)將G改裝成兩量程電流表．現(xiàn)有兩種備選電路，如圖(乙)、(丙)所示．圖________為合理電路，另一電路不合理的理由是______________________________________________．