實(shí)驗(yàn)十　測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻

實(shí)驗(yàn)十測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)解讀·核心突破分類研析·拓展提升實(shí)驗(yàn)解讀·核心突破●注意事項(xiàng)1.電池選取:應(yīng)選用內(nèi)阻較大的電池.2.實(shí)驗(yàn)操作:實(shí)驗(yàn)中不宜將電流調(diào)得過大,電表讀數(shù)要快,每次讀完數(shù)后立即斷開開關(guān).3.數(shù)據(jù)要求:要測出不少于6組的(I,U)數(shù)據(jù),且變化范圍要大些.4.描點(diǎn)畫圖:通過盡可能多的點(diǎn)作直線,使不在直線上的點(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.5.縱軸標(biāo)度:可以不從零開始,而是依據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始(橫坐標(biāo)I必須從零開始).這時(shí)圖線和橫軸的交點(diǎn)不是短路電流,但圖線與縱軸的截距仍為電源電動(dòng)勢,圖線斜率的絕對(duì)值為內(nèi)阻.●誤差分析1.偶然誤差(1)由于電表讀數(shù)不準(zhǔn)引起誤差.(2)用圖象法求E和r時(shí),由于作圖不準(zhǔn)確造成的誤差.(3)測量過程中通電時(shí)間過長或電流過大形成誤差.2.系統(tǒng)誤差(1)若采用(甲)圖,其U-I圖象如(乙)圖所示.由于電壓表的分流作用造成誤差.①當(dāng)電壓表示數(shù)越大時(shí),電壓表分流越大;反之,電壓表分流越小,可推斷電壓表示數(shù)為零時(shí),短路電流測量值等于真實(shí)值.②E測<E真,r測<r真.(2)若采用(丙)圖,其U-I圖象如(丁)圖所示.由于電流表的分壓作用造成誤差.①當(dāng)電壓表示數(shù)越小時(shí),電流表的分壓越大;電壓表示數(shù)越大時(shí),電流表的分壓越小,可推斷斷路時(shí),電流表分壓為0,則斷路時(shí),電壓表示數(shù)等于電動(dòng)勢.②E測=E真,r測>r真,一般地r測的誤差非常大.常規(guī)實(shí)驗(yàn)類型一[例1](2019·重慶高三統(tǒng)檢)用如圖所示電路測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻.實(shí)驗(yàn)器材:待測電源(電動(dòng)勢約3V,內(nèi)阻約2Ω),保護(hù)電阻R1(阻值10Ω)和R2(阻值5Ω),滑動(dòng)變阻器R,電流表A,電壓表V,開關(guān)S,導(dǎo)線若干.實(shí)驗(yàn)主要步驟:分類研析·拓展提升(ⅰ)將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大,閉合開關(guān);(ⅱ)逐漸減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值,記下電壓表的示數(shù)U和相應(yīng)電流表的示數(shù)I;(ⅲ)以U為縱坐標(biāo),I為橫坐標(biāo),作U-I圖線(U,I都用國際單位);(ⅳ)求出U-I圖線斜率的絕對(duì)值k和在橫軸上的截距a.回答下列問題:(1)電壓表最好選用

;電流表最好選用

.

A.電壓表(0～3V,內(nèi)阻約15kΩ)B.電壓表(0～3V,內(nèi)阻約3kΩ)C.電流表(0～200mA,內(nèi)阻約2Ω)D.電流表(0～30mA,內(nèi)阻約2Ω)答案:(1)A

C(2)滑動(dòng)變阻器的滑片從左向右滑動(dòng),發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大,兩導(dǎo)線與滑動(dòng)變阻器接線柱連接情況是

.

A.兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿兩端的接線柱B.兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器電阻絲兩端的接線柱C.一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿左端接線柱,另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱D.一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿右端接線柱,另一條導(dǎo)線接在電阻絲右端接線柱解析:(2)分析電路可知,滑片右移電壓表示數(shù)變大,則說明滑動(dòng)變阻器接入電路部分阻值增大,A項(xiàng)中兩導(dǎo)線均接在金屬桿的兩端,接入電阻為零;B項(xiàng)中兩導(dǎo)線接在電阻絲兩端,接入電阻最大并保持不變;C項(xiàng)中一導(dǎo)線接在金屬桿左端,而另一導(dǎo)線接在電阻絲左端,則可以保證滑片右移時(shí)阻值增大;D項(xiàng)中兩導(dǎo)線分別接右邊上下接線柱,滑片右移時(shí),接入電阻減小,可知選項(xiàng)C正確.答案:(2)C(3)選用k,a,R1,R2表示待測電源的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r,其表達(dá)式分別為E=

,r=

.

答案:(3)ka

k-R2[例2]

(2019·四川棠湖中學(xué)期末)在一次課外活動(dòng)中,某物理興趣小組為了測量由干電池組成的電源的電動(dòng)勢(約為3V)和內(nèi)電阻,在實(shí)驗(yàn)室尋找到了下列器材:電壓表V(量程0～15V,內(nèi)阻約為15kΩ);電流表A1(量程0～0.6A,內(nèi)阻約為1.0Ω);電流表A2(量程0～1mA,內(nèi)阻為40Ω);電阻箱R1(阻值范圍為0～9999Ω);滑動(dòng)變阻器R2(阻值范圍為0～20Ω,額定電流2A);導(dǎo)線、開關(guān)若干.(1)因電壓表的量程過大,測量不精確,可用電流表改裝.要將電流表改裝成3V量程的電壓表,應(yīng)該選用的電流表是

(選填“A1”或“A2”),將其與電阻箱R1

(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”),此時(shí)電阻箱R1的阻值應(yīng)調(diào)至

Ω.

答案:(1)A2串聯(lián)2960(2)為了測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻,請(qǐng)你幫該小組設(shè)計(jì)一個(gè)測量電路圖.解析:(2)測量電路如圖所示.答案:(2)見解析(3)閉合開關(guān),改變變阻器滑片的位置,測得多組數(shù)據(jù),畫出了兩電流表的關(guān)系I2-I1圖象如圖,則電源電動(dòng)勢E=

V,電源內(nèi)阻r=

Ω.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字).

答案:(3)2.85

2.501.(2019·山東濟(jì)南聯(lián)考)“用電流表和電壓表測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn),供選用的器材有:A.電流表(量程0～0.6A,RA=1Ω)B.電流表(量程0～3A,RA=0.6Ω)C.電壓表(量程0～3V,RV=5kΩ)D.電壓表(量程0～15V,RV=10kΩ)E.滑動(dòng)變阻器(0～10Ω,額定電流1.5A)F.滑動(dòng)變阻器(0～2kΩ,額定電流0.2A)G.待測電源(一節(jié)一號(hào)干電池)、開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)在虛線框中畫出本實(shí)驗(yàn)的電路圖.題組訓(xùn)練解析:(1)電路圖如圖(甲)所示,電壓表的內(nèi)阻RV?r,系統(tǒng)誤差較小.答案:(1)見解析圖(甲)(2)電路中的電流表應(yīng)選用

,電壓表應(yīng)選用

,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用

.(用字母代號(hào)填寫)

答案:(2)A

C

E

解析:(2)考慮到待測電源只有一節(jié)干電池,所以電壓表應(yīng)選C;測量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻一般選用0.6A的電流表,所以電流表應(yīng)選A;滑動(dòng)變阻器不能選擇阻值太大的,從允許最大電流和減小實(shí)驗(yàn)誤差的角度來看,應(yīng)選擇電阻較小額定電流較大的滑動(dòng)變阻器E.(3)如圖所示為實(shí)驗(yàn)所需器材,請(qǐng)按實(shí)驗(yàn)原理圖連接成正確的實(shí)驗(yàn)電路.解析:(3)如圖(乙)所示答案:(3)見解析圖(乙)2.(2019·安徽宣城高三二模)在測定電源電動(dòng)勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)室提供了合適的實(shí)驗(yàn)器材.(1)甲同學(xué)按電路圖(a)進(jìn)行測量實(shí)驗(yàn),其中R2為保護(hù)電阻,則①請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線在圖(b)中完成電路的連接;解析:(1)①根據(jù)原理圖連接實(shí)物圖,如圖所示;答案:(1)①見解析答案:②2.80.60②根據(jù)電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I,畫出U-I圖線如圖(c)所示,可得電源的電動(dòng)勢E=

V,內(nèi)電阻r=

Ω(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).

(2)乙同學(xué)做該實(shí)驗(yàn)時(shí),誤將測量電路連接成如圖(d)所示,其他操作正確,根據(jù)電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I,畫出U-I圖線如圖(e)所示,可得電源的電動(dòng)勢E=

V,內(nèi)電阻r=

Ω(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).

解析:(2)由乙同學(xué)的電路接法可知R1左右兩部分并聯(lián)后與R2串聯(lián),若開始滑片處于左端,則在滑片移動(dòng)過程中,滑動(dòng)變阻器接入電阻先增大后減小,則路端電壓先增大后減小,UI圖象如圖(e)所示,由圖象可知當(dāng)電壓為2.5V時(shí),電流為0.50A,此時(shí)兩部分電阻相等,則總電流為I1=1A;而當(dāng)電壓為2.4V時(shí),電流分別對(duì)應(yīng)0.33A和0.87A,則說明當(dāng)電壓為2.4V時(shí),干路電流為I2=0.33A+0.87A=1.2A;根據(jù)U=E-Ir可得2.5V=E-1A·r,2.4V=E-1.2A·r,解得電源的電動(dòng)勢E=3.0V,內(nèi)電阻r=0.50Ω.

答案:(2)3.00.50[例3](2018·江蘇卷,10)一同學(xué)測量某干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻.(1)如圖(甲)所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時(shí)的實(shí)驗(yàn)電路.請(qǐng)指出圖中在器材操作上存在的兩個(gè)不妥之處.①

;②

.

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)類型二解析:(1)在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中,連接電路時(shí)應(yīng)將開關(guān)斷開,電阻箱的阻值調(diào)為最大,確保實(shí)驗(yàn)儀器、儀表的安全.答案:(1)①開關(guān)未斷開②電阻箱阻值為零(2)實(shí)驗(yàn)測得的電阻箱阻值R和電流表示數(shù)I,以及計(jì)算的數(shù)據(jù)見下表:R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26/A-16.75.95.34.53.8根據(jù)表中數(shù)據(jù),在圖(乙)方格紙上作出R-

關(guān)系圖象.答案:(2)圖象見解析1.34(1.30～1.44都算對(duì))

1.2(1.0～1.4都算對(duì))由圖象可計(jì)算出該干電池的電動(dòng)勢為

V;內(nèi)阻為

Ω.

(3)為了得到更準(zhǔn)確的測量結(jié)果,在測出上述數(shù)據(jù)后,該同學(xué)將一只量程為100mV的電壓表并聯(lián)在電流表的兩端.調(diào)節(jié)電阻箱,當(dāng)電流表的示數(shù)為0.33A時(shí),電壓表的指針位置如圖(丙)所示,則該干電池的電動(dòng)勢應(yīng)為

V;內(nèi)阻應(yīng)為

Ω.

答案:(3)1.34[結(jié)果與(2)問中電動(dòng)勢一致]1.0[結(jié)果比(2)問中內(nèi)阻小0.2][例4]

(2019·陜西榆林三模)某同學(xué)準(zhǔn)備利用下列器材測量干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻.A.待測干電池兩節(jié),每節(jié)電池電動(dòng)勢約為1.5V,內(nèi)阻約幾歐姆B.直流電壓表V1,V2,量程均為3V,內(nèi)阻均為3kΩC.定值電阻R0未知D.滑動(dòng)變阻器R,最大阻值RmE.導(dǎo)線和開關(guān)(1)根據(jù)如圖(甲)所示的實(shí)物連接圖,在圖(乙)虛線框中畫出相應(yīng)的電路圖.解析:(1)由實(shí)物圖可知電路的連接方式,得出的電路圖如圖所示.答案:(1)電路圖見解析(2)實(shí)驗(yàn)之前,需要利用該電路圖測出定值電阻R0,方法是先把滑動(dòng)變阻器R調(diào)到最大阻值Rm,再閉合開關(guān),電壓表V1和V2的讀數(shù)分別為U10,U20,則R0=

(用U10,U20,Rm表示).(3)實(shí)驗(yàn)中移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭,讀出電壓表V1和V2的多組數(shù)據(jù)U1,U2,描繪出U2-U1圖象如圖(丙)所示,圖中直線斜率為k,與縱軸的截距為a,則兩節(jié)干電池的總電動(dòng)勢E=

,總內(nèi)阻r=

(用k,a,R0表示).

1.(2019·山西太原模擬)某中學(xué)生課外科技活動(dòng)小組利用銅片、鋅片、蘋果制作了水果電池,他們想通過實(shí)驗(yàn)的方法測量這種電池的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r.現(xiàn)有如下實(shí)驗(yàn)器材:多用電表一個(gè);高阻值電阻箱R一個(gè);保護(hù)電阻R0一只;導(dǎo)線、開關(guān)若干;題組訓(xùn)練(1)如圖(甲),已知鋅比銅活潑,所以鋅片失電子作負(fù)極,銅片得電子作正極.為了估計(jì)此蘋果電池的電動(dòng)勢,某同學(xué)直接使用多用電表直流電壓擋測量,則應(yīng)將紅表筆與

(選填“銅”或“鋅”)片連接.通過上網(wǎng)查看可知水果電池的內(nèi)阻與水果的種類、兩電極之間的距離及電極面積大小有關(guān),一般在幾百至幾千歐姆之間.為了估測此蘋果電池的內(nèi)阻,

(選填“能”或“不能”)使用多用電表的歐姆擋進(jìn)行初步測量.

解析:(1)根據(jù)多用電表測電阻的原理和使用規(guī)則可知不能測量蘋果電池的內(nèi)阻.答案:(1)銅不能(2)由于缺少電流表與電壓表,研究小組仍然使用多用電表進(jìn)行實(shí)驗(yàn),某同學(xué)連接如圖(乙)的實(shí)驗(yàn)電路,將多用電表當(dāng)電流表使用(不計(jì)其內(nèi)阻).調(diào)節(jié)電阻箱R可