江蘇省桃州中學(xué)2013高考物理一輪復(fù)習(xí) 2.7 實(shí)驗(yàn) 測定電源的電動勢和內(nèi)阻導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修3-1

1、選修3-12013屆桃州中學(xué)高三物理導(dǎo)學(xué)案第二章 恒定電流【課 題】§2.7 實(shí)驗(yàn) 測定電源的電動勢和內(nèi)阻【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?掌握伏安法測定電源的電動勢和內(nèi)阻的方法2掌握用圖象法求電動勢和內(nèi)阻【實(shí)驗(yàn)原理】1實(shí)驗(yàn)依據(jù)：閉合電路歐姆定律2實(shí)驗(yàn)電路：如圖所示3E和r的求解：由UEIr得：，解得：4作圖法數(shù)據(jù)處理，如圖所示【實(shí)驗(yàn)器材】電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、鉛筆等【實(shí)驗(yàn)步驟】1電流表用0.6 A量程，電壓表用3 V量程，按實(shí)驗(yàn)電路圖連接好電路2把滑動變阻器的滑片移到使接入電路的阻值最大的一端3閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U

2、1)，用同樣的方法測量幾組I、U值，填入表格4斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材【數(shù)據(jù)處理】本實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的處理方法：一是聯(lián)立方程求解的公式法，二是描點(diǎn)畫圖法.【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)阻宜大些，可選用已使用過一段時間的干電池2實(shí)驗(yàn)中電流不宜過大，每次讀完U和I的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開電源3測量數(shù)據(jù)不少于6組，且變化范圍要大些4在畫UI圖線時，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)，個別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不予考慮5若電壓變化范圍較小，作圖線時，縱軸的刻度可不從零開始，此時要注意E和r的確定【誤差分析】1偶然誤差(1)由讀數(shù)不準(zhǔn)和電表線性不良引起誤差(2)用圖象

3、法求E和r時，由于作圖不準(zhǔn)確造成的誤差(3)測量過程中通電時間過長或電流過大，都會引起E、r變化2系統(tǒng)誤差(1)本實(shí)驗(yàn)采用圖甲所示的測量電路時，由于電壓表的分流IV，使電流表的示數(shù)I測小于電池的輸出電流I真因?yàn)镮真I測IV，而IV，U越大，IV越大，U趨近于零時，IV也趨近于零所以此種情況下圖線與橫軸的交點(diǎn)為真實(shí)的短路電流，而圖線與縱軸的交點(diǎn)為電動勢的測量值，比真實(shí)值偏小修正后的圖線如圖乙所示，顯然，E、r的測量值都比真實(shí)值偏小，r測<r真，E測<E(2)若采用如圖甲所示的電路，IA為電源電流真實(shí)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，

4、當(dāng)電流為零時，UA0，電壓為準(zhǔn)確值，等于E. 結(jié)論： E為真實(shí)值. I短測<I短真. 因?yàn)閞測 所以r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測的測量誤差非常大.【典型例題】一、對實(shí)驗(yàn)的理解與應(yīng)用【例題1】(2010·廣東理綜)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)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(shí)驗(yàn)原理如圖(a)(1)在圖(b)的實(shí)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(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(c)所示，讀得電阻值是_B將開關(guān)S

5、1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_，電壓表的示數(shù)是1.16 V，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)(4)由于所用電壓表不是理想電壓表，所以測得的電動勢比實(shí)際值偏_(填“大”或“小”) 二實(shí)驗(yàn)方案與注意事項(xiàng)【例題2】(2010·江蘇單科)在測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，由于所用電壓表(視為理想電壓表)的量程較小，某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實(shí)物電路(1)實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到_(選填“最大值”“最小值”或“任意值”)(2)改變電阻箱的阻值R，分別測出阻值R010 的定值電阻兩端的電壓U.下列兩組R的取

6、值方案中，比較合理的方案是_(選填“1”或“2”)方案編號電阻箱的阻值R/1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)，繪出的 ­R圖象是一條直線若直線的斜率為k，在坐標(biāo)軸上的截距為b，則該電源的電動勢E_，內(nèi)阻r_.(用k、b和R0表示)【能力訓(xùn)練】1(2012·珠海模擬)用如圖甲所示電路測電池的電動勢和內(nèi)阻時，由于電壓表的分流作用造成系統(tǒng)誤差，圖乙所示的UI圖象中有兩條直線AB和AB，其中一條是根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)畫出的圖線，另一條是修正電壓表分流所引起的誤差后得到的圖線，由圖可知()AAB是根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)畫

7、出的圖線BAB是根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)畫出的圖線C路端電壓U越大，通過電壓表的電流越大D由于電壓表的分流作用，使電池電動勢和內(nèi)阻的測量值小于真實(shí)值2在測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，備有下列器材：A干電池(電動勢E約1.5 V，內(nèi)阻r<1.5 )B電流計G(滿偏電流3 mA，內(nèi)阻rg10 )C電流表A(00.6 A，內(nèi)阻約為0.1 )D滑動變阻器R1(020 ，10 A)E滑動變阻器R2(0100 ，1 A)F定值電阻R3990 G開關(guān)，導(dǎo)線若干(1)為了方便且能較準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，其中應(yīng)選用的滑動變阻器為_(用序號字母表示)(2)請畫出利用本題提供的器材所設(shè)計的測量電池電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)電路

8、圖(3)如圖所示，為某同學(xué)根據(jù)正確的電路圖作出的I1-I2圖線(I1為電流計G的示數(shù)，I2為電流表A的示數(shù))，由該圖線可得被測干電池的電動勢E_，內(nèi)阻r_.3小明要測定一電源的電動勢E和內(nèi)電阻r，實(shí)驗(yàn)器材有：一只DIS電流傳感器(可視為理想電流表，測得的電流用I表示)，一只電阻箱(阻值用R表示)，一只開關(guān)和導(dǎo)線若干該同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和采集數(shù)據(jù)(1)小明設(shè)計該實(shí)驗(yàn)的原理表達(dá)式是_(用E、r、I、R表示)(2)小明在閉合開關(guān)之前，應(yīng)先將電阻箱阻值調(diào)至_(選填“最大值”“最小值”或“任意值”)，在實(shí)驗(yàn)過程中，將電阻箱調(diào)至圖乙所示位置，則此時電阻箱接入電路的阻值為_.(3)小明根據(jù)實(shí)

9、驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)作出如圖所示的­R圖象，則由圖象求得，該電源的電動勢E_V，內(nèi)電阻r_(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)4.（2012栟茶高三年級第二次調(diào)研）為了測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)器材如下：A待測干電池（電動勢約為1.5V，內(nèi)電阻約為5）B電壓表V（02V）C電阻箱R1（099.9）D滑動變阻器R2（0200，lA）E開關(guān)S和導(dǎo)線若干（1）在現(xiàn)有器材的條件下，請你選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材，并設(shè)計出一種測量干電池電動勢和內(nèi)阻的方案，在方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖； （2）利用你設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案連接好電路，在閉合開關(guān)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)注意 ；（3）如果要求用圖象法處理你設(shè)計的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通

10、過作出有關(guān)物理量的線性圖象，能求出電動勢E和內(nèi)阻r，則較適合的線性函數(shù)表達(dá)式是 （設(shè)電壓表的示數(shù)為U，電阻箱的讀數(shù)為R）（4）利用你設(shè)計的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因是 甲VA+-鋰電池R0R15(2012蘇北四市三模)（10分）某研究小組收集了兩個電學(xué)元件：電阻R0（約為2k）和手機(jī)中的鋰電池（電動勢E標(biāo)稱值為3.7V，允許最大放電電流為100mA）。實(shí)驗(yàn)室備有如下器材：A電壓表V（量程3V，電阻RV 約為4.0k）B電流表A1（量程100mA，電阻RA1 約為5）C電流表A2（量程2mA，電阻RA2 約為50）D滑動變阻器R1（040，額定電流1A）E電阻箱R2（0999.9）F開

11、關(guān)S一只、導(dǎo)線若干為了測定電阻R0的阻值，小明設(shè)計了一電路，如圖甲所示為 其對應(yīng)的實(shí)物圖，圖中的電流表A應(yīng)選 (選填“A1”或“A2”)，請將實(shí)物連線補(bǔ)充完整。為測量鋰電池的電動勢E和內(nèi)阻r，小紅設(shè)計了如圖乙所示的電路圖。根據(jù)測量數(shù)VSR2E乙 O丙據(jù)作出圖象，如圖丙所示。若該圖線的斜率為k，縱軸截距為b，則該鋰電池的電動勢E= ，內(nèi)阻r= （用k、b和R2表示）。該實(shí)驗(yàn)的測量值偏小，造成此系統(tǒng)誤差主要原因是 例題答案： 1【答案】(1)實(shí)物連線圖見解析(2)20 閉合 (3)0.69 (4)小解析(1)連線如圖所示(2)電阻箱讀數(shù)為20 ；閉合S2后電阻箱才工作(3)S1閉合、S2斷開時：R

12、V很大，可得：EU1S1、S2都閉合時：代入數(shù)據(jù)得：，故r0.69 (4)由于電壓表不是理想電壓表，當(dāng)S1閉合、S2斷開時，電壓表的示數(shù)略小于電源的電動勢2. 【答案】(1)最大值(2)2(3)R0 解析(1)電阻箱接入回路中的電阻越大，回路電流越小，起保護(hù)電源，防止燒壞電壓表的作用(2)方案1中電阻箱接入電路的電阻太大，電壓表示數(shù)太小，誤差太大因此采用方案2.(3)由閉合電路歐姆定律可知，R，所以k，b，解之得：E，rR0.能力訓(xùn)練答案 1. 解析ACD由圖示電路可知，測量電壓是真實(shí)的，測量電流比真實(shí)電流小，故在同一UI圖線中，對應(yīng)于同一U值，測量電流值比真實(shí)電流小，故圖中AB是根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)

13、畫出的圖線，所以選項(xiàng)A、D正確，選項(xiàng)B錯誤；由圖可看出U越大，AB、AB對應(yīng)的電流偏差越大，選項(xiàng)C正確2. 【答案】(1)D(2)電路圖如圖所示(3)1.475 V0.75 解析與典型的伏安法測電動勢及內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)相比，本題所提供的器材中缺少電壓表，但可將電流計先改裝成電壓表再按伏安法測定進(jìn)一步定量分析可知，電流計G的滿偏電流3 mA，內(nèi)阻rg10 ，若將其與定值電阻R3990 串聯(lián)，就可改裝成量程為3 V的電壓表，其讀數(shù)為U1 000I1，此時滑動變阻器選用R2時，R2可利用阻值范圍較小，利用阻值范圍較大時電流表A指針偏角太小，所以滑動變阻器選R1，由I1I2圖線知：縱坐標(biāo)I1乘以1 000即可轉(zhuǎn)換為UI2圖線，由此可算出E1.475 V和r0.75 . 3.【答案】(1)EI(Rr)(2)最大值25(3)6.0(5.86.2均可)2.4(2.32.5均可) 解析(1)在閉合電路中，E、I、R、r幾個量之間的關(guān)系是EI(Rr)(2)為了整個電路的安全，所以開始時電流要小，即電阻箱電阻調(diào)到最大值；圖中電阻箱讀數(shù)為25 .(3)根據(jù)EI(Rr)，推出，再結(jié)合 ­R圖可知：圖線的斜率為1/E，截距為r/E，解得E6.0 V(5.86.2 V均可)，r2.4 (2.32.5 均可)4. （1）電路圖如圖所示 VR1SE（2）將電阻箱的阻值調(diào)到最大 （3）或 （4）沒有考慮電壓表