高考物理二輪復習講義：物理實驗-電源電動勢和內(nèi)阻的測量

第頁電源電動勢和內(nèi)阻的測量本專題主要講解的是伏安法、伏阻法和安阻法測電源的電動勢和內(nèi)阻，主要從實驗設計、器材選擇、數(shù)據(jù)處理和誤差分析等方面進行命題，特別是圖像法在數(shù)據(jù)處理中的應用，重點考查了學生信息分析的能力以及實驗探究能力。伏安法測電源的電動勢和內(nèi)阻實驗方案對實驗測量的精度有直接的影響，某學習小組對“測量電源的電動勢和內(nèi)阻”的實驗方案進行了探究。實驗室提供的器材有：干電池一節(jié)（電動勢約1.5V，內(nèi)阻小于1Ω）；電壓表V（量程3V，內(nèi)阻約3kΩ）；電流表A（量程0.6A，內(nèi)阻約1Ω）；滑動變阻器R（最大阻值為20Ω）；定值電阻R1（阻值2Ω）；定值電阻R2（阻值5Ω）；開關一個，導線若干。（1）該小組按照圖甲所示的電路進行實驗，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值使電流表示數(shù)逐漸接近滿偏，記錄此過程中電壓表和電流表的示數(shù)，利用實驗數(shù)據(jù)在U－I坐標紙上描點，如圖乙所示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)的變化范圍比較小，出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是________。（單選，填正確答案標號）A．電壓表分流 B．干電池內(nèi)阻較小C．滑動變阻器最大阻值較小 D．電流表內(nèi)阻較小（2）針對電壓表示數(shù)的變化范圍比較小的問題，該小組利用實驗室提供的器材改進了實驗方案，重新測量得到的數(shù)據(jù)如下表所示。序號1234567I/A0.080.140.200.260.320.360.40U/V1.351.201.050.880.730.710.52請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，回答以下問題：①圖丙出U－I圖像。②根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，所選的定值電阻為________（填“R1”或“R2”）。③用筆畫線代替導線，請按照改進后的方案，將圖丁所示實物圖連接成完整電路。某實驗小組的同學欲測量從電動自行車上拆卸的一塊廢舊電池的電動勢和內(nèi)阻。（1）為了粗略測定電池的電動勢與內(nèi)阻，某同學用下列方法：①用多用電表的電壓擋直接測量電池兩極間的輸出電壓；②用多用電表的歐姆擋直接測量兩極間的內(nèi)阻；你認為以上測量中不妥的是：___________（填序號）。（2）實驗小組的同學利用實驗室給出下列器材進一步精確測量該電池的電動勢和內(nèi)阻。A．廢舊電池一塊（電動勢約為12V，內(nèi)阻約為6Ω）B．滑動變阻器R1（最大阻值為50Ω）C．電阻箱R2（最大阻值為9999.99Ω）D．電壓表（量程3V，內(nèi)阻為2kΩ）E．電流表（量程0.6A，內(nèi)阻為3Ω）F．開關、導線若干①由于電壓表量程太小，實驗小組利用電壓表和電阻箱改裝了一個量程為15V的電壓表（表盤刻度未改），則電壓表應與電阻箱__________（選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”），電阻箱的阻值應為__________Ω。②為了比較精確測量電池的電動勢與內(nèi)阻，請在虛線框甲內(nèi)畫出實驗電路圖。______③經(jīng)多次測量，根據(jù)測得的實驗數(shù)據(jù)，該同學作出了電壓表示數(shù)U和電流表示數(shù)I的關系圖線如圖乙所示，則該電池的電動勢E＝____V，內(nèi)阻r＝______Ω。1．實驗原理：閉合電路歐姆定律E＝U＋Ir2．實驗電路：實驗電路如圖甲所示3．數(shù)據(jù)處理方法：①公式法：利用測得U、I值，根據(jù)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r))，計算出電動勢、內(nèi)阻。②U－I圖像法：圖線與縱軸交點為電動勢E，斜率絕對值為內(nèi)阻，如圖乙所示。4．實驗誤差分析：伏安法的實驗中，當電流表在支路上時，由于電壓表的分流，測量結(jié)果是：E測＜E真，r測＜r真；當電流表在干路上時，由于電流表的分壓，測量結(jié)果是：E測=E真，r測＞r真。伏阻法測電源的電動勢和內(nèi)阻一實驗小組利用圖甲所示的電路測量一電池的電動勢E（約1.5V）和內(nèi)阻r（小于2Ω）。圖中電壓表量程為1V，內(nèi)阻RV＝380.0Ω；定值電阻R0＝20.0Ω；電阻箱R最大阻值為999.9Ω；S為開關。按電路圖連接電路，完成下列填空：圖甲圖乙（1）為保護電壓表，閉合開關前，電阻箱接入電路的電阻值可以選________Ω（填“5.0”或“15.0”）。（2）閉合開關，多次調(diào)節(jié)電阻箱，記錄下阻值R和電壓表的相應示數(shù)U。（3）根據(jù)圖甲所示電路，用R、R0、RV、E和r表示，得＝________。（4）利用測量數(shù)據(jù)，作－R圖線，如圖乙所示。（5）通過圖乙可得E＝________V（保留2位小數(shù)），r＝________Ω（保留1位小數(shù)）。（6）若將圖中的電壓表當成理想電表，得到的電源電動勢為E′，由此產(chǎn)生的誤差為×100%＝________%。學校物理興趣小組為了測定某金屬探測儀的電池的電動勢（9V左右）和內(nèi)阻（40Ω左右），設計了如圖甲所示的電路，允許通過電池的最大電流為100mA，R0為定值電阻，R為電阻箱。（1）實驗室備有的保護電阻R0有以下幾種規(guī)格，本實驗應選用_________；A．10Ω B．50Ω C．1000Ω（2）該小組首先正確得出與的關系式為＝___________（用E、r、R0和R表示），然后根據(jù)測得的電阻值R和電壓表的示數(shù)U，正確作出－圖像如圖乙所示，則該電池的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝____________Ω。1．實驗電路：用一個電壓表和電阻箱測量，如圖甲所示2．實驗數(shù)據(jù)處理：（1）公式法：E＝U1＋r，E＝U2＋r，由此可求出E和r；（2）圖像法：由E＝U＋r變形得＝＋·，可見－圖像為一條直線，如圖乙所示，直線的斜率k＝，縱軸截距b＝，由此解得E＝，r＝3．誤差分析：由于電壓表的分流作用，伏阻法測得的電動勢和內(nèi)阻均偏小。安阻法測電源的電動勢和內(nèi)阻某實驗小組需測定電池的電動勢和內(nèi)阻，器材有：一節(jié)待測電池、一個單刀雙擲開關、一個定值電阻（阻值為R0）、一個電流表（內(nèi)阻為RA）、一根均勻電阻絲（電阻絲總阻值大于R0，并配有可在電阻絲上移動的金屬夾）、導線若干。由于缺少刻度尺，無法測量電阻絲長度，但發(fā)現(xiàn)桌上有一個圓形時鐘表盤。某同學提出將電阻絲繞在該表盤上，利用圓心角來表示接入電路的電阻絲長度。主要實驗步驟如下：（1）將器材如圖（a）連接：（2）開關閉合前，金屬夾應夾在電阻絲的___________端（填“a”或“b”）；（3）改變金屬夾的位置，閉合開關，記錄每次接入電路的電阻絲對應的圓心角θ和電流表示數(shù)I，得到多組數(shù)據(jù)；（4）整理數(shù)據(jù)并在坐標紙上描點繪圖，所得圖像如圖（b）所示，圖線斜率為k，與縱軸截距為d，設單位角度對應電阻絲的阻值為r0，該電池電動勢和內(nèi)阻可表示為E＝___________，r＝___________（用R0、RA、k、d、r0表示）（5）為進一步確定結(jié)果，還需要測量單位角度對應電阻絲的阻值r0。利用現(xiàn)有器材設計實驗，在圖（c）方框中畫出實驗電路圖__________（電阻絲用滑動變阻器符號表示）；（6）利用測出的r0，可得該電池的電動勢和內(nèi)阻。圖（a）是測量電源電動勢E和內(nèi)阻r的原理圖。R0＝2.5Ω為定值保護電阻，電流表內(nèi)阻不計，長度為60cm的電阻絲ab上標有長度刻度。（1）在電阻絲接入電路前，使用多用電表測量它的電阻，選擇倍率“×10”測量時指針偏角過大，則應選擇歐姆擋______倍率（選填“×1”或“×100”）重新進行測量。正確操作后，多用表的示數(shù)如圖（b）所示，結(jié)果為______，電阻絲單位長度電阻μ0＝______Ω/m；（2）請根據(jù)電路圖（a）把實驗圖（c）電路連接完整；（3）閉合開關S，記錄ac的長度L和電流表A的示數(shù)I。多次滑動c點改變ac的長度，測得多組L和I的值，并計算出對應的值，則＝________________；（用E、r、R0、L和μ0表示）（4）圖（d）是根據(jù)多組實驗數(shù)據(jù)得到的－L圖像，由圖像得電動勢E＝______V，內(nèi)阻r＝______Ω。（計算結(jié)果保留到小數(shù)點后兩位）2.小明同學想把一個電流計(滿偏電流為1mA，內(nèi)阻約幾百歐姆)改裝成一個量程為5V的電壓表，為了先測量該電流計的電阻，小明設計了如下圖甲所示的實驗電路。電路中所用R1為電位器，總阻值20KΩ。連接好電路后，小明進行了如下實驗操作：①先斷開S2，閉合S1，將R1②保持R1不變，再閉合S2，調(diào)節(jié)電阻箱的值，使電流計讀數(shù)等于49(1)根據(jù)實驗記錄的數(shù)據(jù)，可求得待測電流計的內(nèi)阻為___________；(2)小明同學用測量值作為電流表的內(nèi)阻，將電流表改裝成量程為5V的電壓表，需要串聯(lián)一個R=__________Ω的電阻。(3)小明同學用一個量程為6V的標準電壓表與改裝后的電壓表并聯(lián)進行校準，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)如圖所示，其中乙圖為標準電壓表，丙圖為改裝后的電壓表，則改裝后的電壓表量程為________V(保留一位小數(shù))；改裝電表的量程發(fā)生偏差的可能原因是電流計內(nèi)阻真實值比測量值___________(選填“偏大”或“偏小”)；(4)要達到預期改裝目的，無論測得的電流計的內(nèi)阻值是否正確，都不必重新測量，只需要將阻值為R的電阻換為一個阻值為kR的電阻即可，其中k=______。3.某實驗小組在實驗室找了電阻箱R和已知阻值的定值電阻R0，用如下圖1所示的電路測量電池組的電動勢和內(nèi)阻。(1)請用筆畫線在圖2中完成電路的連接。(2)閉合開關S，按規(guī)范操作進行實驗，多次改變電阻箱R的阻值，分別讀出對應的電壓表和電阻箱的示數(shù)U、R。(3)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，作出1U?R圖線，已知圖線斜率為k，在R軸上截距為b，則可得電池組的電動勢E=__________，內(nèi)阻r=__________。(用k、b和R(4)該小組分析由于電表內(nèi)阻會引起實驗誤差，其中分析正確的是______。A.電動勢的測量值偏大，內(nèi)阻的測量值偏小B.電動勢的測量值偏小，內(nèi)阻的測量值偏大C.電動勢的測量值和內(nèi)阻的測量值均偏大D.電動勢的