新教材適用2024版高考物理一輪總復(fù)習(xí)第9章恒定電流實驗13測量電源的電動勢和內(nèi)阻課件

第九章恒定電流實驗十三測量電源的電動勢和內(nèi)阻實驗知識·自主回顧核心考點·重點突破2年高考·1年模擬實驗知識·自主回顧一、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．掌握用圖像處理實驗數(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。此外還可以用圖像法來處理數(shù)據(jù)，即在坐標(biāo)紙上以I為橫坐標(biāo)，U為縱坐標(biāo)，用測出的幾組I、U值畫出U－I圖像，圖乙所得直線跟縱軸交點即為_________的值，圖像的斜率的絕對值即為______的值。電動勢E內(nèi)阻r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。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．?dāng)嚅_開關(guān)時，整理器材。5．處理數(shù)據(jù)，用公式法或圖像法求出電動勢和內(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(yán)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U－I圖像時，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(yuǎn)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(biāo)圖中數(shù)據(jù)點將集中在上部，造成下部分大面積空間得不到利用，為此，可使縱坐標(biāo)不從零開始，如圖所示，把坐標(biāo)的比例放大，可使結(jié)果的誤差減小，此時圖像與橫軸交點不表示短路電流，但仍可用r＝|ΔU/ΔI|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(zhǔn)和電表線性不良引起誤差。(2)用圖像法求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E＝U＋(IV＋I(xiàn)A)r，其中電壓表示數(shù)U是準(zhǔn)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。<<(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E＝U＋UA＋I(xiàn)Ar，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(dāng)電流為零時，UA＝0，電壓為準(zhǔn)確值，等于E。當(dāng)電壓表示數(shù)為零時，即外電路短路，由于電流表有內(nèi)阻I短測<I短真，所以U－I圖線應(yīng)如圖丁所示。>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：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，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。核心考點·重點突破考點一教材原型實驗(2023·陜西榆林市高三模擬)學(xué)校物理興趣小組制作了一個水果電池，同學(xué)們測量該水果電池的電動勢和內(nèi)阻。可提供的器材有：A．水果電池：電動勢不到1V，內(nèi)阻約為500Ω；B．電壓表V1：量程為1V，內(nèi)阻約為1kΩ；C．電流表A1：量程為0.6A，內(nèi)阻很?。籇．電流表A2：量程為2mA，內(nèi)阻很??；E．滑動變阻器R；F．開關(guān)及導(dǎo)線若干。例1(1)為盡可能減少實驗誤差，電流表應(yīng)選用___(選填“C”或“D”)，實驗電路應(yīng)選用___(選填“甲”或“乙”)電路。(2)在器材與實驗電路均正確選擇的情況下，按正確操作進(jìn)行重復(fù)實驗，得到多組電壓表的示數(shù)U以及對應(yīng)電流表的示數(shù)I，作出的U－I圖像如圖丙所示，則該水果電池的電動勢E＝____________V(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)、內(nèi)阻r＝_________Ω(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。D甲0.90529[解析](1)根據(jù)圖像可知，最大電流1.70mA，故電流表選擇D，因為電流表內(nèi)阻較小，分擔(dān)電壓較小，相對于電源電流表采取內(nèi)接法誤差較小，故選甲。(2)U－I圖線的縱軸截距表示電源的電動勢，圖線斜率的絕對值表示水果電池的內(nèi)阻。U－I圖線的縱軸截距為0.90，知：水果電池的電動勢E＝0.90V〔變式訓(xùn)練1〕

(2023·湖南長郡中學(xué)模擬預(yù)測)某探究性學(xué)習(xí)小組利用圖1中的實驗器材測量電池的電動勢和內(nèi)阻。其中電流表A1的內(nèi)阻r1＝100Ω，電阻R1＝9.9kΩ，為了方便讀數(shù)和作圖，給電池串聯(lián)一個R0＝2Ω的定值電阻。(1)請在圖1中完成電路連線；[答案]

見解析(2)通過多次改變滑動變阻器觸頭位置，得到電流表A1和A2的多組I1、I2數(shù)據(jù)，作出圖像如圖2，由I1－I2圖像得到電池的電動勢E＝_________V，內(nèi)阻r＝_________Ω。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)[解析](1)圖1中完成電路連線如圖1.51.4(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝I1(R1＋r1)＋(I1＋I(xiàn)2)(R0＋r)因為I1?I2，化簡可得E＝I1(R1＋r1)＋I(xiàn)2(R0＋r)讀出兩坐標(biāo)(60,0.12)和(260,0.05)代入方程可得E＝1.4V，r＝1.5Ω。考點二實驗拓展創(chuàng)新(2023·廣東高三專題練習(xí))小明要測量一電源的電動勢E和內(nèi)電阻r，實驗器材有：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)行實驗和采集數(shù)據(jù)。例2(1)小明設(shè)計該實驗的原理表達(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”或“最小值”)，在實驗過程中，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______Ω。E＝I(R＋r)最大值256.0(5.8～6.2均可)2.5(2.3～2.7均可)[解析](1)由圖甲，根據(jù)閉合回路的歐姆定律可知，小明設(shè)計該實驗的原理表達(dá)式是E＝I(R＋r)。(2)為保證閉合開關(guān)時，電路中的電流不超過DIS電流傳感器的量程，應(yīng)先將電阻箱阻值調(diào)至最大值，由圖乙可知，電阻箱接入電路的阻值為R＝2×10Ω＋5Ω＝25Ω?！沧兪接?xùn)練2〕

(2023·湖南高三模擬)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)的橙子制作了橙汁電池，他們利用下列器材測量這種電池的電動勢E和內(nèi)阻r，測量電路的電路圖如圖甲所示。一個電源E(電動勢約1V、內(nèi)阻約1kΩ，由盛有橙汁玻璃器皿、銅片和鋅片組成)一只微安表G(內(nèi)阻為Rg＝100Ω，量程為0～300μA)一個電阻箱R(阻值為0～9999Ω)一個開關(guān)S，導(dǎo)線若干。(1)連接電路后，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，得到的測量數(shù)據(jù)如下表所示。①上表中缺少一個電流表的示數(shù)，其讀數(shù)如圖乙所示，請讀出數(shù)據(jù)填在上面的表格中。R/kΩ9876543I/μA92102115131152220180②小強(qiáng)同學(xué)為了得出該橙汁電池的電動勢和內(nèi)阻，先通過電流算出電源路端電壓，再作出U－I圖像處理數(shù)據(jù)。若用U表示電源兩端的電壓，I表示通過電阻箱的電流，則U＝_______________(用I、R、Rg表示)。I(R＋Rg)0.951.162年高考·1年模擬1.(2023·浙江高三階段練習(xí))在“測定干電池的電動勢和內(nèi)阻”實驗中，甲、乙兩人分別采用了如圖甲、乙兩種接法，獲得了圖丙所示結(jié)果，則乙同學(xué)獲得的實驗圖像為___(填“A”或“B”)，該電源真實的電動勢為____________V，內(nèi)阻為____________Ω。(均保留三位有效數(shù)字)A1.502.50[解析]在“測定電源的電動勢和內(nèi)阻”實驗中，甲同學(xué)的誤差來源于電壓表的分流，使得內(nèi)阻的測量值小于真實值，乙同學(xué)的誤差來源于電流表的分壓，使得內(nèi)阻的測量值大于真實值，根據(jù)U－I圖像的斜率絕對值等于電源內(nèi)阻，可知乙同學(xué)獲得的實驗圖像對應(yīng)斜率較大的A線；由閉合回路歐姆定律可知A線縱軸截距等于真實的電動勢，即E真＝1.50V；由閉合回路歐姆定律可知B線橫軸截距等于真實的短路電流，即I短2．(2022·湖北卷)某探究小組學(xué)習(xí)了多用電表的工作原理和使用方法后，為測量一種新型材料制成的圓柱形電阻的電阻率，進(jìn)行了如下實驗探究。(1)該小組用螺旋測微器測量該圓柱形電阻的直徑D，示數(shù)如圖甲所示，其讀數(shù)為_______________mm。再用游標(biāo)卡尺測得其長度L。3.700(2)該小組用如圖乙所示的電路測量該圓柱形電阻Rx的阻值。圖中電流表量程為0.6A、內(nèi)阻為1.0Ω，定值電阻R0的阻值為20.0Ω，電阻箱R的最大阻值為999.9Ω。首先將S2置于位置1，閉合S1，多次改變電阻箱R的阻值，記下電流表的對應(yīng)讀數(shù)I，實驗數(shù)據(jù)見下表。6.0123.0偏小(4)根據(jù)表達(dá)式E＝I′(r＋R0＋RA＋Rx)，因電源電動勢變小，內(nèi)阻變大，則當(dāng)安培表有相同讀數(shù)時，得到的Rx的值偏小，即Rx測量值偏小。3．(2021·湖南卷)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(guān)、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(dǎo)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(xué)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(guān)閉合前，金屬夾應(yīng)夾在電阻絲的___(填“a”或“b”)端。(3)改變金屬夾的位置，閉合開關(guān)，記錄每次接入電路的電阻絲對應(yīng)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(biāo)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b，設(shè)單位角度對應(yīng)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(jìn)一步確定結(jié)果，還需要測量單位角度對應(yīng)電阻絲的阻值r0。利用現(xiàn)有器材設(shè)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)。[答案]

見解析圖b(6)利用測出的r0，可得該電池的電動勢和內(nèi)阻。(5)實驗器材中有定值電阻R0和單刀雙擲開關(guān)，考慮使用等效法測量電阻絲電阻，實驗電路圖如圖所示。原理的簡單說明：①將開關(guān)置于R0