2017-2018學(xué)年高中物理 第2章 直流電路 第5節(jié) 學(xué)生實(shí)驗(yàn):測量電源的電動勢和內(nèi)阻練習(xí) 教科版選修3-1.doc
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第5節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn):測量電源的電動勢和內(nèi)阻1由EUIr知,只要測出U、I的_數(shù)據(jù),就可以列出兩個關(guān)于E、r的方程,從而解出E、r,因此用電壓表、電流表加上一個可變電阻就能測E、r,電路圖如圖1所示圖1若采用此方法,為了減小誤差,可以多測幾組I和U的數(shù)據(jù),分別列出若干組聯(lián)立方程求出若干組E和r,最后以E的_和r的_作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果或以_為橫坐標(biāo),_為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)此時(shí)大致可以看出這些點(diǎn)呈_分布,如果發(fā)現(xiàn)個別明顯錯誤的數(shù)據(jù),應(yīng)該把它剔除用直尺畫一條直線,使盡量多的點(diǎn)落在這條直線上,不在直線上的點(diǎn)能_兩側(cè),這條直線就能很好地代表UI關(guān)系,這條直線與U軸的交點(diǎn)表示I_,屬于_的情況,這時(shí)的電壓U等于_,這條直線與I軸的交點(diǎn)表示U_,屬于_的情況,根據(jù)短路電流I短跟電源內(nèi)阻r、電動勢E的關(guān)系r,就可計(jì)算出電源的內(nèi)阻2由EIRIr可知,只要能得到_的兩組數(shù)據(jù),列出關(guān)于E、r的兩個方程,就能解出E、r,用到的器材有_、_、_、_,電路圖如圖2所示圖23.由EUr知,如果能得到_的兩組數(shù)據(jù),列出關(guān)于E、r的兩個方程,就能解出E、r,用到的器材是_、_、_、_,電路圖如圖3所示圖34用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中,下列說法中錯誤的是()A應(yīng)選用舊的干電池作為被測電源,以使電壓表讀數(shù)變化明顯B應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電壓表和電流表C移動滑動變阻器的滑片時(shí),不能使滑動變阻器短路造成電流表過載D使滑動變阻器阻值盡量大一些,測量誤差才小5為測定電池的電動勢和內(nèi)阻,待測電池、開關(guān)、導(dǎo)線配合下列儀器可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?)A一只電流表和一只電阻箱B一只電壓表和一只電阻箱C一只電流表和一個滑動變阻器D一只電壓表和一個滑動變阻器【概念規(guī)律練】知識點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理1在測量電源電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中,電源的電動勢約為6 V,內(nèi)阻約為0.5 ,電流表的內(nèi)阻為0.5 ,電壓表的內(nèi)阻為6 k.為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,應(yīng)當(dāng)采用的電路是選項(xiàng)中的()2圖4是根據(jù)某次測定電源的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)作出的UI圖象,下列關(guān)于這個圖象的說法中正確的是()圖4A縱軸截距表示待測電源的電動勢,即E3.0 VB橫軸截距表示短路電流,即I00.6 AC根據(jù)r,計(jì)算出待測電源內(nèi)阻為5 D根據(jù)r|,計(jì)算出待測電源內(nèi)阻為1 知識點(diǎn)二電路的連接3如圖5所示是測量兩節(jié)干電池組成的串聯(lián)電池組的電動勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)所用器材,用實(shí)線將它們連成實(shí)驗(yàn)電路圖5【方法技巧練】一、實(shí)驗(yàn)器材的選擇方法4.用如圖6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(shí)造成短路,電路中用一個定值電阻R0起保護(hù)作用除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外,可供使用的實(shí)驗(yàn)器材還有:圖6(a)電流表(量程0.6 A、3 A);(b)電壓表(量程3 V、15 V);(c)定值電阻(阻值1 、額定功率5 W);(d)定值電阻(阻值10 、額定功率10 W);(e)滑動變阻器(阻值范圍010 、額定電流2 A);(f)滑動變阻器(阻值范圍0100 、額定電流1 A)那么:(1)要正確完成實(shí)驗(yàn),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_ 的定值電阻,R應(yīng)選擇阻值范圍是_ 的滑動變阻器(2)引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要原因是_二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法5用電流表和電壓表測定電池的電動勢E和內(nèi)阻r,所用電路如圖7(a)所示,一位同學(xué)測得的六組數(shù)據(jù)如下表所示.組別123456電流I/A0.120.200.310.320.500.57電壓U/V1.371.321.241.181.101.05(1)試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖(b)中作出UI圖線圖7(2)根據(jù)圖線求出電池的電動勢E_ V,電池的內(nèi)阻r_ .三、測定電源的電動勢和內(nèi)阻6在做測干電池電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)時(shí)備有下列器材可供選用A干電池(電動勢約為1.5 V)B直流電流表(量程為00.63 A,0.6 A擋內(nèi)阻為0.10 ,3 A擋內(nèi)阻為0.025 )C直流電壓表(量程為0315 V,3 V擋內(nèi)阻為5 k,15 V擋內(nèi)阻為25 k)D滑動變阻器(阻值范圍為015 ,允許最大電流為1 A)E滑動變阻器(阻值范圍為01 000 ,允許最大電流為0.5 A)F開關(guān)G導(dǎo)線若干H電池夾(1)將選定的器材按本實(shí)驗(yàn)要求的電路(系統(tǒng)誤差較小)給圖8所示的實(shí)物圖連線圖8(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄,畫出的UI圖象如圖9所示,可得待測電池的內(nèi)阻r_ .圖91下列給出多種用伏安法測電池電動勢和內(nèi)阻的數(shù)據(jù)處理方法,其中既能減小偶然誤差又直觀、簡便的是()A測出兩組I、U的數(shù)據(jù),代入方程組EU1I1r和EU2I2r,求出E和rB多測幾組I、U的數(shù)據(jù),求出幾組E、r,最后分別求出其平均值C測出多組I、U的數(shù)據(jù),畫出UI圖象,再根據(jù)圖象求E、rD多測幾組I、U的數(shù)據(jù),分別求出I和U的平均值,用電壓表測出斷路時(shí)的路端電壓即為電動勢E,再用閉合電路歐姆定律求出內(nèi)電阻r2用如圖10所示的電路測定電池的電動勢和內(nèi)阻,根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出了如圖11所示的UI圖象,由圖象可知()圖10圖11A電池電動勢為1.40 VB電池內(nèi)阻值為3.50 C外電路短路時(shí)的電流為0.40 AD電壓表的示數(shù)為1.20 V時(shí),電流表的示數(shù)I約為0.20 A3.有三組同學(xué)分別測量三節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻,利用圖線處理測得的數(shù)據(jù),畫出UI圖線如圖12所示,則三組同學(xué)測得的干電池電動勢Ea、Eb、Ec大小關(guān)系是_,內(nèi)電阻ra、rb、rc大小的關(guān)系是_(用“”、“”或“”表示)圖124用一只高阻值的電壓表和電阻箱,可以測得電源的電動勢和內(nèi)阻,按圖13所示連接電路,實(shí)驗(yàn)時(shí)先閉合S1,從電壓表中讀得U12 V,再閉合S2,改變電阻箱的電阻,當(dāng)R24 時(shí),U21 V,由上述數(shù)據(jù)可知,該電池的電動勢E_,內(nèi)阻r_.圖135在“測定電源的電動勢和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中,已連接好部分實(shí)驗(yàn)電路(1)按如圖14甲所示的實(shí)驗(yàn)電路,把圖乙中剩余的電路連接起來(2)在如圖14乙所示的電路中,為避免燒壞電表,閉合開關(guān)前,滑動變阻器的滑片應(yīng)置于_端(填“A”或“B”)圖14(3)圖15是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的UI圖象,由圖可知,電源的電動勢E_ V,內(nèi)阻r_ .圖156給你一個伏特表、一個電阻箱、開關(guān)及導(dǎo)線等,如何根據(jù)閉合電路歐姆定律測出一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻(1)畫出電路圖圖16(2)實(shí)驗(yàn)過程中,將電阻箱撥到45 時(shí),伏特表讀數(shù)為0.90 V;若將電阻箱撥到圖16甲所示的_ 時(shí),伏持表的讀數(shù)如圖乙所示是_ V.(3)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中,可以算出該節(jié)干電池的電動勢E_ V,內(nèi)電阻r_ .7用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中,所用電流表和電壓表的內(nèi)電阻分別為0.1 和1 k,如圖17所示為所需的器材圖17(1)請你把它們連成實(shí)驗(yàn)電路,注意兩個電表要選用適當(dāng)量程,并要求變阻器的滑動片在左端時(shí)其電阻值最大(2)一位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)見下表,試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖18中畫出UI圖線,根據(jù)圖線求出電池的電動勢E_ V,內(nèi)阻r_ .I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05圖188.某研究性學(xué)習(xí)小組利用如圖19所示電路測量電池組的電動勢E和內(nèi)阻r.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出如圖20所示的R圖線,其中R為電阻箱讀數(shù),I為電流表讀數(shù),由此可以得到E_ V,r_ .圖19圖209有一層疊電池,它的電動勢E約為9 V,內(nèi)阻r約50 ,允許輸出的最大電流為50 mA,為了測定這個電池的電動勢和內(nèi)阻,實(shí)驗(yàn)室提供有以下器材可供選擇:器材符號規(guī)格理想電壓表V測量范圍015 V電流表A1測量范圍01 mA,內(nèi)阻r1100 電流表A2測量范圍00.6 A,內(nèi)阻r20.01 滑動變阻器R總電阻約1 k定值電阻R0電阻R05 開關(guān)(K)一個,導(dǎo)線若干(1)為能測多組數(shù)據(jù)并有較高的準(zhǔn)確程度,在虛線方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖圖中各元件要用題目中給出的符號或字母標(biāo)出(2)根據(jù)兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以求出E_、r_(用已知量和測得量的符號表示);式中各符號的意義是_10某同學(xué)為了較精確地測量某一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻,實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備了下列器材:A待測干電池E(電動勢約為1.5 V,內(nèi)阻約為1 )B電流表G(滿偏電流3.0 mA,內(nèi)阻為100 )C電流表A(量程00.6 A,內(nèi)阻約為1 )D滑動變阻器R1(010 ,額定電流為2 A)E滑動變阻器R2(01 k,額定電流為1 A)F定值電阻R0(阻值為900 )G開關(guān)一個,導(dǎo)線若干(1)為了能比較準(zhǔn)確地進(jìn)行測量,同時(shí)還要考慮操作的方便,實(shí)驗(yàn)中滑動變阻器應(yīng)選_(2)根據(jù)題意在圖21中畫出該實(shí)驗(yàn)所需要的電路圖圖21(3)根據(jù)電路圖,將實(shí)物圖22連接起來,組成完整的電路圖22(4)如圖23所示,是某同學(xué)根據(jù)正確的實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)作出的圖線,其中,縱坐標(biāo)I1為電流表G的示數(shù),橫坐標(biāo)I2為電流表A的示數(shù),由圖可知,被測干電池的電動勢為_ V,內(nèi)電阻為_ (保留2位有效數(shù)字)圖23第5節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn):測量電源的電動勢和內(nèi)阻答案課前預(yù)習(xí)練1兩組平均值平均值IU直線均勻分布在直線0斷路電動勢0短路2I、R電源開關(guān)變阻箱電流表3U、R電源開關(guān)變阻箱電壓表4BD選用電表時(shí)應(yīng)選用內(nèi)阻較大的電壓表和內(nèi)阻較小的電流表;同時(shí),滑動變阻器的阻值不能太大,如果太大不便于調(diào)節(jié)5AB由EIRIr知測E、r用一只電流表測電流,用電阻箱改變外電阻并可讀出阻值,只要獲得兩組I、R數(shù)據(jù)即可求得E、r,用滑動變阻器無法確定接入電路的電阻,故A正確,C不可行;由EUr知測E、r用一只電壓表和一只電阻箱可獲得兩組U、R值求出E、r,故B可行;若用一只電壓表和一個滑動變阻器不可以,因滑動變阻器接入電路的阻值無法確定,故D不能達(dá)到目的課堂探究練1A電流表的內(nèi)阻與電源的內(nèi)阻差不多,采用電流表外接法B圖測的實(shí)際上是電源內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻之和,誤差較大,故選A、D圖錯誤,C圖無法測出2AD由于縱坐標(biāo)并非從零開始,故橫軸截距不是短路電流,內(nèi)阻r|1.3見解析圖解析首先畫出實(shí)驗(yàn)電路圖如右圖甲所示依據(jù)電路圖連接實(shí)物圖如圖乙所示因?yàn)榇郎y電源電動勢約為3V,所以電壓表選用03V的量程;干電池的允許電流一般在0.5A左右,所以電流表應(yīng)選用00.6A的量程;還有一點(diǎn)就是注意開關(guān)閉合前,要使變阻器接入電路的阻值盡量大些,保護(hù)電流表,以防燒壞甲乙方法總結(jié)連接實(shí)物電路圖時(shí),要注意以下幾點(diǎn):(1)先畫出原理圖,這是連接實(shí)物的依據(jù)(2)先接干路,再接支路,例如本題中電壓表可看做支路,因此先把電源、開關(guān)、電流表、滑動變阻器依順序連成閉合電路,最后再把電壓表的正負(fù)接線柱連接到相應(yīng)的位置(3)注意電源的正負(fù)極、電表的正負(fù)接線柱、電表量程的選擇以及滑動變阻器接線柱的合理選用4(1)30.61010(2)電壓表的分流解析(1)一節(jié)干電池的電動勢為1.5V,所以電壓表量程選擇3V即可,一節(jié)干電池的允許電流在0.6A以下,因此電流表量程選擇0.6A即可R0起保護(hù)作用使電路中的電流在0.6A以下,若選用定值電阻10,估算最大電流為ImaxEcrbrarc42V24解析由題意可知,電壓表內(nèi)阻為高阻值,則在先閉合S1時(shí),U1E2V;當(dāng)再閉合S2且R24,U21V時(shí),IA,由閉合電路電壓關(guān)系有U內(nèi)EU21V則r24.5(1)見解析(2)B(3)1.51.0解析(1)電路連接如下圖(2)閉合開關(guān)前,滑動變阻器接入電路中的阻值應(yīng)該最大,故滑片應(yīng)置于B端(3)由圖象可知,電源電動勢為1.5V,內(nèi)阻r1.0.6(1)電路圖如下圖所示(2)1101.10(3)1.30207(1)按要求連實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖(2)UI圖線1450.69831解析解法一:特殊值代入法從圖象中取兩個點(diǎn)A和B,如圖所示,從圖象中讀出A、B兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為A(1.0,2),B(2.0,5),由此可得I11.0A時(shí),R12;I20.5A時(shí),R25,把這兩組數(shù)據(jù)代入下面的方程組可解得E3V,r1.解法二:斜率、截距法由EI(Rr)得Rr,所以R圖象的斜率表示E,即EV3V;截距為電源內(nèi)阻的負(fù)值,即r1.9(1)如下圖所示(2)U1、U2是電壓表兩次的讀數(shù),I1、I2是電流表兩次的讀數(shù)10(1)D(2)如下圖所示(3)如下圖所示(4)1.40.67- 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