2017屆高中物理第4章閉合電路歐姆定律和邏輯電路第4講測量電源的電動勢和內(nèi)電阻學(xué)案魯科版選修.docx

第4講測量電源的電動勢和內(nèi)電阻目標(biāo)定位1.掌握實驗?zāi)康?、原理、步驟.2.會用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)的處理方法.3.會進(jìn)行誤差分析一、測量電源電動勢和內(nèi)電阻的原理利用閉合電路歐姆定律來測量，電路圖如圖1所示通過改變滑動變阻器改變電路狀態(tài)，電路中的電壓、電流均發(fā)生變化，用電壓表和電流表測量出U和I的兩組數(shù)據(jù)，列出兩個方程，進(jìn)而求解出電動勢E和內(nèi)阻r.圖1二、測量數(shù)據(jù)處理方法1代數(shù)法：按照電路圖連接電路，改變滑動變阻器滑片的位置，觀察電壓表和電流表的示數(shù)，將對應(yīng)的U、I值填入表中，并按要求完成相關(guān)計算2圖象法：以U為縱軸，I為橫軸做出圖線，圖線的延長線與縱坐標(biāo)的交點坐標(biāo)表示電動勢E；圖線的斜率表示電源的內(nèi)阻測電池電動勢和內(nèi)阻的實驗方案有以下三種(以伏安法為例)一、伏安法1實驗步驟(1)電流表用00.6A量程，電壓表用03V量程，按實驗原理圖連接好電路(2)把滑動變阻器的滑片移到一端，使其阻值最大(3)閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯的示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1)用同樣的方法測量幾組U、I值(4)斷開開關(guān)，整理好器材(5)處理數(shù)據(jù)，用公式法和作圖法這兩種方法求出電池的電動勢和內(nèi)阻2實驗數(shù)據(jù)的處理(1)求平均值法：由EU1I1r，EU2I2r可解得E，r.可以利用U、I的值多求幾組E、r的值，算出它們的平均值(2)作UI圖象法本實驗中，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)多次測出的U、I值，作UI圖象；將圖線兩側(cè)延長，縱軸截距點意味著斷路情況，它的數(shù)值就是電池電動勢E；橫軸截距點(路端電壓U0)意味著短路情況，它的數(shù)值就是短路電流；圖線斜率的絕對值即電池的內(nèi)阻r，即r，如圖2所示圖23注意事項(1)為使電池的路端電壓有明顯變化，應(yīng)選取內(nèi)阻較大的舊干電池和內(nèi)阻較大的電壓表(2)實驗中不能將電流調(diào)得過大，且讀數(shù)要快，讀完后立即切斷電源，防止干電池大電流放電時內(nèi)阻r的明顯變化(3)當(dāng)干電池的路端電壓變化不很明顯時，作圖象時，縱軸單位可取得小一些，且縱軸起點可不從零開始如圖3所示，此時圖線與縱軸交點仍為電池的電動勢E，但圖線與橫軸交點不再是短路電流，內(nèi)阻要在直線上取較遠(yuǎn)的兩點用r|求出圖34誤差分析(1)偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作UI圖線時描點不準(zhǔn)確(2)系統(tǒng)誤差：主要原因是電壓表的分流作用，使得電流表上讀出的數(shù)值比流過電源的電流偏小一些由EUIr知，電動勢的測量值偏??；實驗測的內(nèi)阻實際上是電壓表與電源內(nèi)阻的等效值，所以測的內(nèi)阻也偏小，即E測E真，r測r真二、安阻法由EIRIr可知，只要能得到I、R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，用到的器材有電池、開關(guān)、電阻箱、電流表，電路圖如圖4所示圖4三、伏阻法由EUr知，如果能得到U、R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，用到的器材是電池、開關(guān)、電阻箱、電壓表，電路圖如圖5所示圖5典例精析例1在“用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)電阻”的實驗中(1)備有如下器材A干電池1節(jié)B滑動變阻器(020 )C滑動變阻器(01k )D電壓表(03V)E電流表(00.6A)F電流表(03A)G開關(guān)、導(dǎo)線若干其中滑動變阻器應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_(只填器材前的序號)(2)為了最大限度的減小實驗誤差，請在虛線框中畫出該實驗最合理的電路圖(3)某同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的UI圖象如圖6所示，由圖象可得電池的電動勢為_V，內(nèi)電阻為_.圖6答案(1)BE(2)見解析(3)1.51.0解析(1)滑動變阻器的最大值一般為待測電阻的幾倍時較好，在該實驗中因電源內(nèi)阻比較小，故滑動變阻器選擇較小一點的即可，故滑動變阻器應(yīng)選B(也可以從便于調(diào)節(jié)的角度來分析，應(yīng)該選擇阻值較小的滑動變阻器).電流表的量程要大于電源允許通過的電流，對于電池來講允許通過的最大電流一般是0.5A，故需要選擇00.6A，所以電流表應(yīng)選E.(2)電路圖如圖所示(3)由UI圖象可知：縱截距為1.5V，故電池的電動勢為1.5V；內(nèi)電阻r1.0.例2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_.答案(1)見解析圖(2)1.450.69解析本題考查用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)的能力作圖線時應(yīng)使盡可能多的點落在直線上，個別偏離太遠(yuǎn)的點應(yīng)舍去，圖線如圖所示由圖線與縱軸的交點可得電動勢E1.45V，再讀出圖線與橫軸交點的坐標(biāo)(1.00,0.65)，由EUIr得r0.69.例3某研究性學(xué)習(xí)小組利用如圖8甲所示電路測量電池組的電動勢E和內(nèi)阻r.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出如圖乙所示的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_，r_.圖8答案2.9V0.9解析由歐姆定律有，EI(Rr)，Rr.由此知圖線的斜率為電動勢E，縱軸截距大小為內(nèi)阻r.EV2.9V，r0.9.在做測干電池電動勢和內(nèi)阻的實驗時備有下列器材可供選用A干電池(電動勢約為1.5V)B直流電流表(量程為00.63A,0.6A擋內(nèi)阻為0.10，3A擋內(nèi)阻為0.025)C直流電壓表(量程為0315V,3V擋內(nèi)阻為5k，15V擋內(nèi)阻為25k)D滑動變阻器(阻值范圍為015，允許通過的最大電流為1A)E滑動變阻器(阻值范圍為01000，允許通過的最大電流為0.5A)F開關(guān)G導(dǎo)線若干H電池夾(1)將選定的器材按本實驗要求的電路(系統(tǒng)誤差較小)給圖9所示的實物圖連線圖9(2)根據(jù)實驗記錄，畫出的UI圖象如圖10所示，可得待測電池的內(nèi)阻r_.圖10答案(1)如圖甲所示(2)1甲解析(1)實物連接圖如圖甲所示，首先是儀器選擇，只有1節(jié)干電池，故電壓表選C(03V)；整個實驗電路中只要不造成短路現(xiàn)象，在此實驗中電池放電電流也不宜超過0.6A為宜，故電流表量程應(yīng)選B(00.6A)；由以上知滑動變阻器應(yīng)選D(015)；還要用開關(guān)F、導(dǎo)線G和電池夾H.其次是電路選擇，題目要求系統(tǒng)誤差較小，應(yīng)采用乙圖所示的電路所以選用器材代號為：A、B(00.6A)、C(03V)、D(015)、F、G、H.乙(2)由UI圖象可知E1.5V，r1.1用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，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，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，測量誤差才小答案BD解析伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻實驗中，應(yīng)選用內(nèi)阻較大的電壓表和內(nèi)阻較小的電流表，滑動變阻器阻值不能太大，如果太大不便于調(diào)節(jié)2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)到實驗?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答案AB解析由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正確；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3在測定一節(jié)干電池(電動勢約為1.5V，內(nèi)阻約為2)的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，滑動變阻器和電壓表各有兩個供選：A電壓表量程為15V.B電壓表量程為3V；C滑動變阻器為(20，3A); D滑動變阻器為(500，0.2A)(1)電壓表應(yīng)該選_(選填“A”或“B”)，這是因為_(2)滑動變阻器應(yīng)選_(選填“C”或“D”)，這是因為_答案(1)B讀數(shù)既準(zhǔn)確、又方便(2)C滑動變阻器D的額定電流太小，最大阻值太大，調(diào)節(jié)不方便解析本題主要考查學(xué)生對電學(xué)儀器的選擇電學(xué)儀器的選擇最主要的有兩條原則：(1)安全，即不能超量程；(2)方便，即便于讀數(shù)和調(diào)節(jié)由于電源電動勢約為1.5V，故選量程為03V的電壓表，讀數(shù)既準(zhǔn)確，又方便，D滑動變阻器的額定電流太小，阻值大，調(diào)節(jié)不方便，故選C變阻器4給你一個電壓表、一個電阻箱、開關(guān)及導(dǎo)線等器材：(1)在虛線框內(nèi)畫出根據(jù)閉合電路歐姆定律測定一節(jié)舊的干電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗電路圖(2)在實驗過程中，將電阻箱撥到45時，電壓表讀數(shù)為0.90V；若將電阻箱撥到如圖1甲所示的位置時，電壓表讀數(shù)如圖乙表盤所示根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以算出該節(jié)電池的電動勢E_V，內(nèi)電阻r_.圖1答案(1)電路圖如圖所示(2)1.320解析由E0.90r，E1.0r，得E1.3V，r19.5在利用伏安法測定電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，某同學(xué)的實際連線如圖2(a)所示(電流表A：00.63A，電壓表V：0315V)圖2(1)經(jīng)仔細(xì)檢查、診斷知，該圖中有兩處不太合理的連線，那么這兩處不太合理的連線對應(yīng)的編號是_(2)若利用改正后的正確的連線圖，實驗后，測得數(shù)據(jù)，并畫出電源的輸出特性圖象(UI圖)如圖(b)則該電源的電動勢為_，電源內(nèi)阻為_答案(1)(2)3V26某同學(xué)在用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，串聯(lián)了一只2.5的保護(hù)電阻R0，實驗電路如圖3甲所示(1)按圖甲電路原理圖將圖乙實物連接起來；甲乙圖3(2)該同學(xué)順利完成實驗，測出的數(shù)據(jù)如下表所示請你根據(jù)這些數(shù)據(jù)幫他在圖4中畫出UI圖象，并由圖得出電池的電動勢E_V，內(nèi)阻r_.I/A0.100.170.230.30U/V1.201.000.800.60圖4答案(1)如圖所示(2)1.483.0如圖所示7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)電阻，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5(a)圖5(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1.49V；將開關(guān)S2_，電壓表的示數(shù)是1.16V；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)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)如圖所示(2)20閉合(3)0.69解析(2)由題干圖(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E1.49V，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IA0.058A.(3)因為I，所以rR0R0.69.8某中學(xué)生課外科技活動小組利用銅片、鋅片和家鄉(xiāng)盛產(chǎn)的柑橘制作了果汁電池，他們測量這種電池的電動勢E和內(nèi)阻r，并探究電極間距對E和r的影響實驗器材如圖6所示圖6(1)測量E和r的實驗方案為：調(diào)節(jié)滑動變阻器，改變電源兩端的電壓U和流過電源的電流I，依據(jù)公式_，利用測量數(shù)據(jù)作出UI圖象，得出E和r.(2)將電壓表視為理想表，要求避免電流表分壓作用對測量結(jié)果的影響，請在圖中用筆畫線代替導(dǎo)線連接電路(3)實驗中依次減小銅片與鋅片的間距，分別得到相應(yīng)果汁電池的UI圖