2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第八章恒定電流實驗十一測定電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案新人教版

1、實驗十一測定電源的電動勢和內(nèi)阻zhi shi shu li zi ce gong gu,知識梳理自測鞏固 一、實驗?zāi)康?掌握用電流表和電壓表測定電源的電動勢和內(nèi)阻的方法。2掌握用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的方法。3掌握實物圖連接的技巧。二、實驗原理如圖甲所示，改變r的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組i、u值，利用閉合電路的歐姆定律求出幾組e、r值，最后分別算出它們的平均值。此外還可以用圖象法來處理數(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ui圖象，圖乙所得直線跟縱軸交點即為電動勢的值，圖象的斜率的絕對值即為內(nèi)阻r的值。三、實驗器材電壓表，電流表，滑動變阻器，干電池，開關(guān)，導(dǎo)線。

2、四、實驗步驟1選擇好電流表、電壓表量程，按圖甲連接好電路。2把變阻器的滑動片移到一端，使接入電路的阻值最大。3閉合開關(guān)，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)(i1，u1)，用同樣的方法測量幾組i、u值。4斷開開關(guān)時，整理器材。5處理數(shù)據(jù)，用公式法或圖象法求出電動勢和內(nèi)阻的值。五、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，因此實驗中不要將i調(diào)得過大。讀數(shù)要快，每次讀完立即斷電。3測出不少于6組i、u數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時，要將測出的i、u數(shù)據(jù)中，第1和

3、第4為一組，第2和第5為一組，第3和第6為一組，分別求出e、r值再求平均值。4畫ui圖象時，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考慮，以減小偶然誤差。5干電池內(nèi)阻較小時，u的變化較小，此時坐標圖中數(shù)據(jù)點將集中在上部，呈現(xiàn)下部分大面積空間得不到利用，為此，可使縱坐標不從零開始，如圖所示，把坐標的比例放大，可使結(jié)果的誤差減小，此時圖象與橫軸交點不表示短路電流，仍可用r|u/i|計算出電池的內(nèi)阻r。六、誤差分析1偶然誤差(1)由讀數(shù)不準和電表線性不良引起誤差。(2)用圖象法求e和r時，由于作圖不準確造成的誤差。(3)測量過程中通電時間過長或電流過大，都

4、會引起e、r變化。2系統(tǒng)誤差由于電壓表和電流表內(nèi)阻影響而導(dǎo)致的誤差。(1)如圖甲所示，在理論上eu(ivia)r，其中電壓表示數(shù)u是準確的電源兩端電壓。而實驗中忽略了通過電壓表的電流iv而形成誤差，而且電壓表示數(shù)越大，iv越大。結(jié)論：當電壓表示數(shù)為零時，iv0，iai短，短路電流測量值真實值。e測e真。因為r測，所以r測r真。從電路的角度看，電壓表應(yīng)看成內(nèi)電路的一部分，故實際測出的是電池和電壓表這一整體的等效內(nèi)阻和電動勢(r測和e測)，如圖乙所示，因為電壓表和電池并聯(lián)，所以，r測小于電池內(nèi)阻r真，因為外電阻r斷開時，a、b兩點間電壓uab等于電動勢e測，此時電源與電壓表構(gòu)成回路，所以uabe真

5、，即e測e真。(2)若采用如圖丙所示的電路，ia為電源電流真實值，理論上有euuaiar，其中ua不可知，而造成誤差，而且電流表示數(shù)越大，ua越大，當電流為零時，ua0，電壓為準確值，等于e。結(jié)論：e為真實值。i短測r真，r測為r真和ra的串聯(lián)值，由于通常情況下電池的內(nèi)阻較小，所以這時r測的測量誤差比較大。七、其他方案設(shè)計以上測量方法一般稱為伏安法，測電源的電動勢和內(nèi)阻還有以下幾種方法：1安阻法用一個電流表和電阻箱測量，電路如圖甲所示，測量原理為：ei1(r1r)，ei2(r2r)，由此可求出e和r，此種方法使測得的電動勢無偏差，但內(nèi)阻偏大。2伏阻法用一個電壓表和電阻箱測量，電路如圖乙所示，測

6、量原理為：eu1r，eu2r，由此可求出r和e，此種方法測得的電動勢和內(nèi)阻均偏小。3粗測法用一只電壓表粗測電動勢，直接將電壓表接在電源兩端，所測值近似認為是電源電動勢，此時ue，需滿足rvr。4雙伏法用兩個電壓表可測得電源的電動勢，電路如圖所示。測量方法為：斷開s，測得v1、v2的示數(shù)分別為u1、u2，此時，eu1u2r，rv是v1的內(nèi)阻；再閉合s，v1的示數(shù)為u1，此時eu1r，解方程組可求得e和r。he xin kao dian zhong dian tu po,核心考點重點突破 考點一 教材原型實驗例1 (2019湖北荊門月考)在做測量一只蓄電池(電動勢約為2.2 v，內(nèi)阻很小)的電動勢

7、和內(nèi)阻的實驗時，備有下列器材供選用：a定值電阻(阻值為r11 )b定值電阻(阻值為r220 )c直流電流表(量程00.6 a或03 a，內(nèi)阻約為0.2 )d直流電壓表(量程03 v或015 v，內(nèi)阻約為5 k)e滑動變阻器(阻值范圍010 )f滑動變阻器(阻值范圍01 000 )g開關(guān)h導(dǎo)線若干(1)實驗電路如圖甲所示，為防止電源短路，用作保護電阻的定值電阻應(yīng)選用a(填“a”或“b”)；滑動變阻器應(yīng)選用e(填“e”或“f”)。(2)某同學(xué)將選定的器材完成了實驗電路的連接，閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑片p，電壓表示數(shù)約為2.2 v不變，電流表的示數(shù)始終為零，則電路故障可能是下述中的ac。ab、c

8、間斷路ba、p間某點電阻絲斷路cp與電阻絲未接通d保護電阻斷路(3)某小組按正確的操作步驟完成實驗，根據(jù)實驗記錄，將測量數(shù)據(jù)描點如圖乙，請在圖乙中作出相應(yīng)圖象。則待測蓄電池的電動勢e為2.2(2.12.3)v，內(nèi)阻r為0.50(0.400.60)。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案(2)描點圖解析本題考查實驗器材選取、電路故障分析、數(shù)據(jù)處理。(1)蓄電池的電動勢為2.2 v，如果選用b，由于b的阻值較大，電路電流太小，不利于電表讀數(shù)，故保護電阻選用a；為了調(diào)節(jié)方便，滑動變阻器應(yīng)選最大阻值較小的e。(2)若b、c間斷路，則電路斷路，電流表示數(shù)為零，電壓表與電源兩極相連，電壓表示數(shù)接近電源電動勢，a正

9、確；若a、p間某點電阻絲斷路，則電路為通路，電流表示數(shù)不是始終為零，b錯誤；若p與電阻絲未接通，則電流表示數(shù)為零，電壓表與電源兩極相連，電壓表示數(shù)接近電源電動勢，c正確；若保護電阻斷路，則電路斷路，電流表示數(shù)為零，電壓表示數(shù)也為零，d錯誤。(3)連線時讓盡可能多的點在同一條直線上，不在直線上的點對稱分布在直線兩側(cè)，太遠的點舍去，如圖所示。由閉合電路歐姆定律得eui(r1r)，解得uei(r1r)，由圖知，蓄電池的電動勢為e2.2 v，r1r| 1.50 ，r1.5 r10.50 。類題演練1(2020湖南岳陽模擬)某同學(xué)想測量一電源的電動勢及內(nèi)阻(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)。(1)他用內(nèi)阻rg1

10、00 ，滿偏電流ig1 ma的表頭g改裝成量程為00.5 a的電流表和03.0 v的電壓表。則用表頭g串聯(lián)一個r12.9 k的電阻可以改裝成量程為03.0 v的電壓表；用表頭g并聯(lián)一個r20.20 的電阻可以改裝成量程為00.5 a的電流表。(2)現(xiàn)有器材為一只開關(guān)、一個滑動變阻器、若干導(dǎo)線和改裝的電流表、電壓表(改裝的兩表均用表頭g與一個電阻串、并聯(lián)來表示)，要求精確測量電源電動勢及內(nèi)阻，電流表測干路電流，請在虛線框內(nèi)畫出實驗原理電路圖。答案(3)根據(jù)以上實驗原理電路圖進行實驗，讀出電壓表讀數(shù)為1.5 v時，電流表讀數(shù)為0.30 a；電壓表讀數(shù)為2.0 v時，電流表讀數(shù)為0.20 a，則電源

11、的電動勢e3.0(3.1) v，內(nèi)阻r4.8(5.1) 。解析本題考查電表的改裝、實驗器材選取與電路圖、數(shù)據(jù)處理。(1)改裝成量程為03.0 v的電壓表需要串聯(lián)的電阻r1rg 100 2.9 k；改裝成量程為0.5 a的電流表需要并聯(lián)的電阻r20.20 。(2)本實驗可根據(jù)閉合電路歐姆定律精確測量電源電動勢及內(nèi)阻，電路圖如圖所示。(3)若采用圖1電路，由閉合電路歐姆定律得eu1i1(r)，eu2i2(r)，由以上兩式解得e3.0 v，r4.8 。若采用圖2電路，由閉合電路歐姆定律得eu1i1(i1)r，eu2i2(i2)r，聯(lián)立解得e3.1 v，r5.1 ?？键c二 實驗拓展創(chuàng)新例2 (2019

12、江蘇泰州期末)某同學(xué)準備測定一電池的電動勢和內(nèi)阻。(1)先用多用電表“直流2.5 v擋”粗測該電池電動勢，讀數(shù)為1.57(1.561.58均可)v。(2)為較精確地測量電池電動勢和內(nèi)阻，他設(shè)計了如圖甲所示的電路。其中定值電阻r約為3 ，標有長度刻度的電阻絲ac每單位長度電阻為r0，電流表內(nèi)阻不計。根據(jù)圖甲完成圖乙中實物連線。答案(3)閉合開關(guān)s，滑動觸點p，記錄ap的長度l和相應(yīng)電流表的示數(shù)i，測得幾組l、i值。以為縱坐標，l為橫坐標，作出如圖丙所示的l圖象，已知圖象斜率為k，圖象與縱軸截距為b，由此可求得電池電動勢e，內(nèi)阻rr(用題中字母k、b、r、r0表示)。解析本題考查多用電表讀數(shù)及根據(jù)

13、l圖象計算電源電動勢和內(nèi)阻。(1)多用電表用“直流2.5 v擋”粗測電源電動勢，由圖知，電源的電動勢為1.57 v。(2)電路中的最大電流約為i a0.52 a，故電流表用00.6 a量程，連線如圖所示。(3)由閉合電路歐姆定律得ei(rr0lr)，解得l，結(jié)合圖象得k，b，則e，rr。類題演練2(2019貴州貴陽一中月考)某同學(xué)用如圖甲所示電路測量某電源的電動勢和內(nèi)阻，電路中ab段為拉力敏感電阻絲。拉力敏感電阻絲的阻值r隨拉力f線性變化，其線性關(guān)系為rl1510f，單位為。(1)待測電源的電動勢e約為5 v，內(nèi)阻r約為2 ，電流表應(yīng)選擇a。(填序號)a量程00.6 a，內(nèi)阻ra0.2 b量程

14、03 a，內(nèi)阻ra0.05 (2)改變拉力f的大小，記錄電流表讀數(shù)i，測得多組數(shù)據(jù)，作出f圖象，如圖乙所示。由圖象可得待測電源的電動勢e4.0 v，內(nèi)阻r0.80 。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(3)如圖丙所示為一燈泡的伏安特性曲線，現(xiàn)將若干個這種燈泡并聯(lián)之后與上述的電源直接連接，則并聯(lián) 2只燈泡可使電源的輸出功率最大。解析本題考查利用拉力敏感電阻絲取代電阻箱測量電源電動勢和內(nèi)阻。(1)由rl1510f()可知，當f0 n時，rl最小為15 ，此時i最大，大約為imax a0.29 a，所以電流表選a。(2)由閉合電路歐姆定律得i，可得f，由f圖象可知，斜率k2.5，可得e4.0 v；圖線的縱軸

15、截距b4.0，解得r0.80 。(3)當外電路的總電阻r等于電池內(nèi)阻r時，電源的輸出功率最大即rr0.80 ，此時u外2 v，干路電流i總2.5 a，由燈泡的ui圖象可知，此時一個燈泡中的電流i01.25 a，又i0，可得n2。2 nian gao kao mo ni xun lian,2年高考模擬訓(xùn)練 1(2019遼寧葫蘆島協(xié)作體月考)如圖甲所示，用伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻的實驗中，在電路中接一個阻值為2 的電阻r0，通過改變滑動變阻器滑片位置，得到幾組電表的實驗數(shù)據(jù)如表所示。u/v1.21.00.80.6i/a0.100.170.230.30(1)r0的作用是保護電路。(2)用作圖法在圖乙

16、中作出ui圖線。答案(3)利用圖線，測得電動勢e1.5 v，內(nèi)阻r1.0 。(4)某同學(xué)測另一串聯(lián)電池組的輸出功率p隨外電阻r變化的曲線如圖丙所示。由所得圖線可知，被測電池組電動勢e30 v，電池組的內(nèi)阻r5.0 (計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)。解析本題考查實驗器材與電路圖選取、數(shù)據(jù)處理。(1)電阻r0具有保護電路的作用，保護電源、電表，防止短路。(2)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)描點連線，圖象如圖所示。(3)圖線與縱軸的交點表示電源電動勢，由圖知e1.5 v，內(nèi)阻r|r02 1.0 。(4)由p()2r可知，電池組的輸出功率最大時，外電阻等于內(nèi)阻，故被測電池組的內(nèi)阻r5.0 ，由圖知，pm45 w，pm

17、，解得e30 v。2. (2019山東濟南外國語學(xué)校模擬)無線話筒所用的電池電動勢e約為9 v，內(nèi)阻r約為40 ，最大輸出電流為100 ma。為測定這個電池的電動勢和內(nèi)阻，某同學(xué)利用圖甲的電路進行實驗。圖中電壓表為理想電表，r為電阻箱(阻值范圍為0999.9 )，r0為定值電阻。(1)圖甲中接入r0的目的是為了防止電阻箱的阻值調(diào)得過小時，通過電源的電流大于其承受范圍，起保護電路的作用。實驗室備有的定值電阻r0的規(guī)格有以下幾種，則本實驗應(yīng)選用b。a10 b50 c1 500 d2 500 (2)該同學(xué)接入符合要求的r0后，閉合開關(guān)s，調(diào)整電阻箱的阻值，讀出電阻箱的阻值r和對應(yīng)的電壓表的示數(shù)u，再

18、改變電阻阻值，取得多組數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)作出了如圖乙的圖線。由圖線可知，當電壓表的示數(shù)為2 v時，電阻箱接入電路的阻值為20.8(20.022.0均可) 。(3)根據(jù)圖乙所作出的圖象求得該電池的電動勢e10.0 v，內(nèi)阻r33.3 。(計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)解析本題考查利用伏阻法測量電源電動勢和電源內(nèi)阻。(1)當電阻箱短路時，電路中通過的最大電流為100 ma，則由閉合電路歐姆定律可知，定值電阻的最小阻值約為r0r40 50 ，定值電阻應(yīng)選b。(2)電壓等于2 v時，0.5，由圖乙可知，電壓等于2 v時，4.8102 1，所以r 20.8 。(3)由閉合電路歐姆定律可得ur，變形得，則圖象中的斜率k，縱軸截距b，由圖可知，b0.1