[原創(chuàng)]2015年《南方新課堂·高考總復(fù)習(xí)》物理 專題八 實(shí)驗(yàn)十：測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻[配套課件]

1、實(shí)驗(yàn)十：測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻考點(diǎn) 1 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻1.實(shí)驗(yàn)原理(1)公式法：如圖 S10-1 所示，改變 R 的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組 U、I 值，利用 UEIr 求出幾組 E、r 值，最后分別算出它們的平均值.圖 S10-1(2)作圖法：在坐標(biāo)紙上以 I 為橫坐標(biāo)、U 為縱坐標(biāo)，用測(cè)出的幾組 I、U 值，畫出 UI 圖象.如圖 S10-2 所示，所得直線的縱截距即為電動(dòng)勢(shì)的值，圖線斜率的絕對(duì)值即為內(nèi)阻 r 的值.圖 S10-22.實(shí)驗(yàn)步驟(1)電流表用 0.6 A 量程，電壓表用 3 V 量程，按圖連接好電路.(2)把變阻器的滑動(dòng)片移到使阻值最大的一端.(3)閉合開關(guān)，

2、調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯的示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(I、U)，用同樣方法測(cè)量幾組 I、U 值，記錄在表格中.(4)斷開開關(guān)，整理器材.(5)處理數(shù)據(jù)，用公式法或作圖法求出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的阻值.3.注意事項(xiàng)(1)為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻應(yīng)大些(選用已使用過一段時(shí)間的干電池).(2)電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象較嚴(yán)重，電動(dòng)勢(shì) E 會(huì)明顯下降，內(nèi)阻 r 會(huì)明顯增大，故長(zhǎng)時(shí)間放電不宜超過 0.3 A，短時(shí)間放電不宜超過 0.5 A，因此，實(shí)驗(yàn)中不要將 R 調(diào)得過小，讀電表示數(shù)要快，每次讀完應(yīng)立即斷電.(3)測(cè)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(cè)出的 I、

3、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 UI 圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去.這樣可使偶然誤差得到部分抵消，提高精確度.(5)計(jì)算內(nèi)阻要在直線上任取兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，用公式計(jì)算出電源的內(nèi)阻 r.4.誤差分析圖 S10-3(1)測(cè)量電路存在系統(tǒng)誤差.圖 S10-3 中 I 真I 測(cè)IV，未考慮電壓表的分流.(2)用圖象法求 E、r 時(shí)，作圖不準(zhǔn)確造成偶然誤差.(3)由于實(shí)驗(yàn)電路及電壓表、電流表內(nèi)阻的影響，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果 E 測(cè)E 真，r 測(cè)r 真.定

4、性分析如下(參考電路原理圖 S10-1)：由于電壓表的分流，電流表的測(cè)量值偏小，而且隨著 U 越大，電流表的測(cè)量值偏小越多.當(dāng) U0 時(shí)，電流表的測(cè)量值等于真實(shí)值(這時(shí)要求電流表是理想的).據(jù)此作出如圖 S10-3 所示的真實(shí)和測(cè)量的 UI 圖線，由圖不難看出，E、r 的測(cè)量值均小于真實(shí)值.【自主檢測(cè)】1.在用電壓表、電流表測(cè)兩節(jié)干電池串聯(lián)的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí)，除備有被測(cè)電池、電鍵和足夠的導(dǎo)線外，還備有下列儀器可供選擇：A.電流表(00.6 A)B.電流表(03 A)C.電壓表(03 V)D.電壓表(015 V)E.滑動(dòng)變阻器(20 ，2 A)F.滑動(dòng)變阻器(1700 ，0.3 A)實(shí)驗(yàn)次數(shù)123

5、456U/V2.702.502.302.001.801.62I/A0.080.160.250.360.450.50應(yīng)該選用的儀器是_(填器材前面的字母).一個(gè)學(xué)生用以上儀器測(cè)得如上表所示數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，在圖 S10-4 所示坐標(biāo)軸上畫出 UI 圖象，從圖中可得出電源電動(dòng)勢(shì)為_V，內(nèi)阻為_.圖 S10-4答案：A、C、E 如圖 D22 所示. 2.9 2.4圖 D22考點(diǎn) 2 測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的其他方法1.用電流表、電阻箱測(cè)量(1)電路圖：如圖 S10-5 所示.圖 S10-5(2)原理：根據(jù)閉合電路的歐姆定律得 EIRIr，改變電阻箱的阻值就能得到 R、I 數(shù)據(jù)，利用兩組數(shù)據(jù)就能求得 E

6、、r，也可利用多組數(shù)據(jù)作圖象來求解.2.用電壓表、電阻箱測(cè)量(1)電路圖：如圖 S10-6 所示.圖 S10-6阻箱的阻值就能得到 R、U 數(shù)據(jù)，利用兩組數(shù)據(jù)就能求得 E、r，也可利用多組數(shù)據(jù)作圖象來求解.【自主檢測(cè)】2.利用如圖 S10-7 所示的一個(gè)電壓表、一個(gè)電阻箱和一個(gè)電鍵，測(cè)量一個(gè)電池組的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.(1)在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并用筆畫線做導(dǎo)線將所給器材連接成實(shí)驗(yàn)電路.圖 S10-7(2)寫出要記錄的數(shù)據(jù)，用記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)寫出這個(gè)電池組的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的表達(dá)式.答案：(1)如圖 D23 甲和乙所示.甲乙圖 D23(2)改變電阻箱阻值，讀出兩組外電阻和對(duì)應(yīng)的路端電壓值，分別記為 R

7、1、U1，R2、U2.這個(gè)電池組的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的表達(dá)式分別為熱點(diǎn) 1 對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解與應(yīng)用本實(shí)驗(yàn)的原理是閉合電路的歐姆定律，了解實(shí)驗(yàn)原理，我們就可以根據(jù)題干中提供的儀器，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，求解未知量.這也是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)考查的內(nèi)容.【例 1】(2013 年東莞模擬)某同學(xué)利用電壓表和電阻箱測(cè)定干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻(R05 )一個(gè)，開關(guān)兩個(gè)，導(dǎo)線若干，實(shí)驗(yàn)原理圖如圖 S10-8 甲所示.圖 S10-8(1)在圖乙所示的實(shí)物圖中，已正確連接了部分電路，請(qǐng)完成余下電路的連接.(2)請(qǐng)完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟：A.檢查并調(diào)節(jié)電壓表指針指零；調(diào)節(jié)電阻箱，示數(shù)如圖丙所示，讀得電阻值是 _.B.將開

8、關(guān) S1 閉合，開關(guān) S2 斷開，電壓表的示數(shù)是 1.49 V.C.將開關(guān) S2 閉合，電壓表的示數(shù)是 1.16 V；斷開開關(guān) S1.(3)使用測(cè)得的數(shù)據(jù)，計(jì)算出干電池的內(nèi)阻是_(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).(4)由于所用電壓表不是理想電壓表，所以測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)比實(shí)際值偏_(填“大”或“小”).思路導(dǎo)引：(1)由原理圖可知各元器件為串聯(lián)關(guān)系，根據(jù)已接部分再將其他部分串接，電壓表并聯(lián)在電阻箱兩端.(2)根據(jù)電阻箱的讀數(shù)方法可得出電阻箱接入的電阻值.(3)開關(guān) S1 閉合，開關(guān) S2 斷開時(shí)，電壓表直接并聯(lián)在電源兩端，其示數(shù)即可電源的電動(dòng)勢(shì)；再將開關(guān) S2 閉合時(shí)電壓表的示數(shù)，利用閉合電路歐姆定律可

9、得出電源的電動(dòng)勢(shì).(4)根據(jù)閉合電路的歐姆定律可分析電壓表內(nèi)阻不是無窮大時(shí)的示數(shù)與真實(shí)值的大小關(guān)系.解析：(1)由原理圖可知，兩電鍵與電阻箱為串聯(lián)關(guān)系，將其連接在電源的兩端即可；電壓表并聯(lián)在電阻箱兩端，故連線如圖 S10-9 所示.圖 S10-9(2)電阻箱只有“10”擋位有示數(shù)為 2，故電阻箱的接入電阻應(yīng)為 210 20 .(3)由題意可知，電源的電動(dòng)勢(shì)為 1.49 V，當(dāng)接入電阻箱時(shí)，路端電壓為 1.16 V；由電路歐姆定律可知電路中電流 I0.058A；則內(nèi)電阻與 R0 之和為 rR05.69 ；故內(nèi)電阻 r5.69 5 0.69 .(4)因電壓表內(nèi)阻不能忽略，電路中電流存在，電壓表示數(shù)

10、為電源的輸出電壓，要比電動(dòng)勢(shì)要小.方法技巧：本題在求內(nèi)阻時(shí)要注意電壓表測(cè)得的并非路端電壓而是路端電壓減去 R0 兩端的電壓，故在求內(nèi)阻時(shí)應(yīng)減去 R0.【觸類旁通】1.(2013 年自貢一模)研究表明：用納米硅粉和藻朊酸鹽制成電池的電極，其容量是一般電池的 8 倍.在測(cè)定一節(jié)該新型電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，所提供的器材有：待測(cè)該電池一節(jié)(電動(dòng)勢(shì)約為 2 V)電流表 G(量程 3.0 mA，內(nèi)阻 rl100 )電流表 A(量程 0.6 A，內(nèi)阻 r21.0 )定值電阻 R1100 定值電阻 R2900 滑動(dòng)變電阻器 R(050 )開關(guān)、導(dǎo)線若干(1) 為了更準(zhǔn)確測(cè)出該電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，采用如

11、圖S10-10 甲所示實(shí)驗(yàn)電路圖，其中定值電阻 R 應(yīng)選用 _(填“R1”或“R2”).請(qǐng)根據(jù)你選定的定值電阻完成圖乙中的實(shí)物連接.(2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)出電流表 A 和電流表 G 的示數(shù) I 和 Ig根據(jù)記錄數(shù)據(jù)作出 IgI 圖象如圖丙所示，根據(jù)圖象可求得，被測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì) E_V，內(nèi)阻 r_.(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù))圖 S10-10解析：(1)待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)約為 2 V，由于題目中沒有電壓表，所以用電流表和定值電阻串聯(lián)，改裝成量程為 3 V 的電壓表，所以應(yīng)串聯(lián)的電阻 R900 ，故選用 R2.(2)由原理圖連接實(shí)物圖如圖 D24 所示.(3)表頭的示數(shù)與定值電阻阻值的乘積可作為路端電壓

12、處理，路端電壓 UIg(R2r1)，將原圖象轉(zhuǎn)換成路端電壓與電流圖象如圖 D25 所示，圖 D25由閉合電路歐姆定律可知：I0，UE1.90 V，UI 圖象的斜率大小等于電源的內(nèi)阻與電流表 A 內(nèi)阻之和，由數(shù)學(xué)知識(shí)得 r0.50 .答案：(1)R2 如圖 D24 所示.(2)1.90(1.890.02) 0.50(0.500.05)圖 D24熱點(diǎn) 2 利用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的思維方法圖象在中學(xué)物理中有著廣泛的應(yīng)用：(1)能形象地表述物理規(guī)律；(2)能直觀地描述物理過程；(3)能鮮明的表示物理量之間的相互關(guān)系及變化趨勢(shì)，所以運(yùn)用圖象處理問題，成為歷屆高考考查的熱點(diǎn)，尤其是在實(shí)驗(yàn)考查中.在測(cè)電源電動(dòng)

13、勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)考得比較多，處理方法是先根據(jù)物理規(guī)律寫出表達(dá)式，然后整理出關(guān)于縱軸物理量與橫軸物理量的函數(shù)表達(dá)式，再根據(jù)斜率和截距的概念討論求解即可.【例 2】某同學(xué)通過查找資料自己動(dòng)手制作了一個(gè)電池.該同學(xué)想測(cè)量一下這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻 r，但是從實(shí)驗(yàn)室只借到一個(gè)開關(guān)、一個(gè)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(qǐng)根據(jù)測(cè)定電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻 r 的要求，設(shè)計(jì)如圖 S10-11甲所示器件的連接方式，畫線把它們連接起來.甲丙乙圖 S10-11數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)也標(biāo)注在圖丙上.(3)在圖

14、丙上把描繪出的坐標(biāo)點(diǎn)連成圖線.(4)根據(jù)圖丙描繪出的圖線可得出這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì) E_V，內(nèi)阻 r_.審題突破：(1)電阻箱可以讀出電阻，故將電流表、電阻箱及電源串聯(lián)即可.(2)由量程可知最小分度，則根據(jù)指針的示數(shù)可以讀出示數(shù).(3)用平滑的導(dǎo)線將各點(diǎn)連接即可，注意誤差較大的點(diǎn)要舍去.(4)由閉合電路歐姆定律可得出電阻與電流倒數(shù)的關(guān)系，則結(jié)合圖象可得出電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻.解析：(1)先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖，然后再根據(jù)電路圖連線.由歐姆定律 EI(Rr)知，只要知道兩組外電阻和電流值，就可以解出電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.因此，如圖 S10-12 所示，直接將可變電阻和電流表串聯(lián)在電路中就行.圖 S10-12(2)由電表可讀出此時(shí)電流為 0.50 A，則坐標(biāo)為(2,2.6).(3)剔除明顯有誤差的點(diǎn)，將其他點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，得到一條直線，如圖 S10-13 所示.圖 S10-13方法技巧：本題是用一個(gè)電流表和電阻箱測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)，本題的關(guān)鍵是根據(jù)閉合電路歐姆定律寫出表達(dá)式，求解出 E 和 r.【觸類旁通】2.(2014 年茂名一模)某同學(xué)要測(cè)定一電源的電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻 r，實(shí)驗(yàn)器材有：一只電阻箱(阻值用 R 表示)，一個(gè)電流表(讀數(shù)用 I 表示)，一只開關(guān)和導(dǎo)線若干.(1)用筆畫線代替導(dǎo)線將