適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第9章電路實(shí)驗(yàn)13電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量課件

實(shí)驗(yàn)13電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量第九章強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。2.加深對(duì)閉合電路歐姆定律的理解。二、實(shí)驗(yàn)思路如圖甲或圖乙所示,改變R的阻值,從電壓表和電流表中讀出幾組U、I值,利用閉合電路的歐姆定律求E、r值。三、實(shí)驗(yàn)器材電池、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、鉛筆和刻度尺。四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1.按實(shí)驗(yàn)電路圖連接電路。2.把變阻器的滑片移動(dòng)到使接入電路阻值最大的一端。3.閉合開關(guān),調(diào)節(jié)變阻器,記錄幾組I、U值,填入表格中。4.斷開開關(guān),拆除電路,整理好器材。五、數(shù)據(jù)處理方法一:列方程組求解電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的大小根據(jù)以上三組方程分別求出E、r,再取其平均值作為電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。方法二:用作圖法處理數(shù)據(jù),如圖丙所示。

(1)圖線與縱軸交點(diǎn)為E;丙六、誤差分析1.由于讀數(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(shí),由于作圖不準(zhǔn)確造成誤差。3.實(shí)驗(yàn)時(shí)通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或電流過(guò)大,都會(huì)引起E、r變化。4.若采用圖甲電路,由于電壓表的分流作用造成誤差,電壓值越大,電壓表的分流越多,對(duì)應(yīng)的I真與I測(cè)的差值越大。其U-I圖像如圖丁所示。結(jié)論:E測(cè)<E真,r測(cè)<r真。5.若采用圖乙電路,由于電流表的分壓作用造成誤差,電流值越大,電流表的分壓越多,對(duì)應(yīng)的U真與U測(cè)的差值越大。其U-I圖像如圖戊所示。結(jié)論:E測(cè)=E真,r測(cè)>r真。七、注意事項(xiàng)1.為了使電池的路端電壓變化明顯,應(yīng)選內(nèi)阻大些的電池(選用已使用過(guò)一段時(shí)間的干電池)。2.在實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過(guò)大,每次讀完U和I的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開電源,以免干電池的E和r明顯變化。3.要測(cè)出多組(I,U)數(shù)據(jù),且變化范圍要大些。4.畫U-I圖線時(shí),縱軸的刻度可以不從零開始,而是根據(jù)測(cè)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)。但這時(shí)圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值不再是短路電流,而圖線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值仍為電源電動(dòng)勢(shì),圖線斜率的絕對(duì)值仍為內(nèi)阻。增素能精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)典例1.據(jù)媒體報(bào)道某藝術(shù)家用800個(gè)馬鈴薯和蘋果通過(guò)鎳釘和銅線連接起來(lái),組成了一個(gè)超大的水果電池組,通過(guò)特殊裝置就可以給手機(jī)充電。小明同學(xué)想通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證水果電池的可用性,他把銅片和鋅片相隔約1cm插入一個(gè)蘋果中,制成一個(gè)水果電池,并采用如圖甲所示的電路測(cè)量該水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。小明同學(xué)查閱資料后得知,水果電池的電動(dòng)勢(shì)約為1V,內(nèi)阻約為1000Ω,電流表量程為3mA,內(nèi)阻忽略不計(jì)。(1)實(shí)驗(yàn)室的電阻箱有兩種規(guī)格:電阻箱R1(0~99.9Ω)電阻箱R2(0~999.9Ω),圖甲中的電阻箱R應(yīng)選用

(選填“R1”或“R2”)。

(2)閉合開關(guān)S,改變電阻箱R的阻值,并記錄對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù),其中某次電流表的示數(shù)如圖乙所示,則電流表的示數(shù)為

mA。

(3)利用電阻箱的阻值R與相應(yīng)的電流表的示數(shù)I,作出R-圖像,如圖丙所示。根據(jù)圖像可得,水果電池的電動(dòng)勢(shì)為

V,內(nèi)阻為

Ω。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

(4)若考慮電流表的內(nèi)阻不能忽略,水果電池內(nèi)阻的測(cè)量值

(選填“大于”“小于”或“等于”)真實(shí)值。

答案

(1)R2

(2)1.00

(3)1.1

1.1×103

(4)大于解析

(1)電源內(nèi)阻是1

000

Ω,故選用R2,電流表示數(shù)才會(huì)有明顯變化。(2)電流表的精度為0.1

mA,向后估讀一位,故讀數(shù)為1.00

mA?？碱}點(diǎn)睛

考點(diǎn)考向點(diǎn)睛測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻1.掌握測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的三種常用方法:任何一種實(shí)驗(yàn)方法。一定要緊扣閉合電路歐姆定律E=U+Ir,而最關(guān)鍵的是看電路中如何測(cè)量出路端電壓U和電路中的總電流I,這也是命題專家命題時(shí)的入手點(diǎn)。如下:

2.在數(shù)據(jù)處理問題中,利用圖像得出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是常見的方法——注意“化曲為直”考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新創(chuàng)新點(diǎn)點(diǎn)睛1.儀器的使用創(chuàng)新、裝置的改造、實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新考查(1)與原型實(shí)驗(yàn)對(duì)比:根據(jù)題意找出題中實(shí)驗(yàn)在教材中的實(shí)驗(yàn)原型或原理,如電壓表?yè)Q成電壓傳感器等(2)根據(jù)題中所提供的實(shí)驗(yàn)器材與原型中的器材比較,用改裝的方法完成實(shí)驗(yàn)(3)在測(cè)量電表的內(nèi)阻時(shí),要把電表當(dāng)作能讀數(shù)的電阻,充分利用待測(cè)電表自身的測(cè)量功能,即電流表可測(cè)定通過(guò)自身的電流,電壓表可測(cè)定自身兩端的電壓,不需要其他的電表來(lái)測(cè)量創(chuàng)新點(diǎn)點(diǎn)睛2.數(shù)據(jù)的靈活處理應(yīng)用圖像處理數(shù)據(jù)——細(xì)心推導(dǎo)找關(guān)系,數(shù)形轉(zhuǎn)換是關(guān)鍵。在實(shí)驗(yàn)中,數(shù)據(jù)處理的常用方法有公式法、列表法、圖像法、逐差法等,電學(xué)實(shí)驗(yàn)最?？嫉氖菆D像法3.實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新——電路的設(shè)計(jì)此類題應(yīng)以掌握常規(guī)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、規(guī)范操作程序、數(shù)據(jù)處理方法等為根本依據(jù),從題目給出的電路原理圖入手分析,再結(jié)合已有的電學(xué)知識(shí)(如串并聯(lián)關(guān)系、閉合電路歐姆定律等)和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行推理,找到突破方向典例2.某探究性學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的電路測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。其中電流表A1的內(nèi)阻r1=1.0kΩ,電阻R1=9.0kΩ,為了方便讀數(shù)和作圖,給電池串聯(lián)一個(gè)R0=3.0Ω的電阻。(1)按圖示電路進(jìn)行連接后,發(fā)現(xiàn)aa'、bb'和cc'三條導(dǎo)線中,混進(jìn)了一條內(nèi)部斷開的導(dǎo)線。為了確定哪一條導(dǎo)線內(nèi)部是斷開的,將開關(guān)S閉合,用多用電表的電壓擋先測(cè)量a、b'間電壓,讀數(shù)不為零,再測(cè)量a、a'間電壓,若讀數(shù)不為零,則一定是

導(dǎo)線斷開;若讀數(shù)為零,則一定是

導(dǎo)線斷開。

(2)排除故障后,該小組順利完成實(shí)驗(yàn)。通過(guò)多次改變滑動(dòng)變阻器觸頭位置,得到電流表A1和A2的多組I1、I2數(shù)據(jù),作出圖像如乙圖。由I1-I2圖像得到電池的電動(dòng)勢(shì)E=

V,內(nèi)阻r=

Ω。

思維點(diǎn)撥

本實(shí)驗(yàn)屬于儀器的使用創(chuàng)新、裝置的改造——沒有直接給定電壓表,需要用電流表改裝。答案

(1)aa'

bb'

(2)1.41(1.36~1.44均可)

0.5(0.4~0.6均可)解析

(1)用電壓擋檢測(cè)電路故障,電壓表的表頭是電流計(jì),原電路有斷路,回路中無(wú)電流,將電壓表接在ab'間后有示數(shù),說(shuō)明電路被接通,即ab'間有斷路故障,再測(cè)量aa'間電壓,電壓表讀數(shù)不為零,說(shuō)明斷路故障的范圍被縮小到aa'間,則一定是aa'導(dǎo)線斷開;若讀數(shù)為零,則說(shuō)明電路仍未被接通,斷路故障的范圍被確定在bb'間。(2)根據(jù)閉合電路的歐姆定律E=I1(R1+r1)+(I1+I2)(R0+r),I1?I2,上式可簡(jiǎn)化為E=I1(R1+r1)+I2(R0+r),讀出兩點(diǎn)坐標(biāo)(60,0.12)和(260,0.05),代入方程解得電動(dòng)勢(shì)E=1.41

V,內(nèi)阻r=0.5

Ω?？碱}點(diǎn)睛

考點(diǎn)考向點(diǎn)睛裝置的改造、實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新考查方法:1.利用電流表改裝的電壓表,應(yīng)用伏安法測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻;2.要注意縱軸截距和斜率表示什么,要利用閉合電路的歐姆定律導(dǎo)出其函數(shù)關(guān)系典例3.(2023廣東佛山模擬)某同學(xué)為測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路。其中定值電阻阻值為R0、電流表內(nèi)阻可忽略不計(jì)。由于一時(shí)沒有找到適合的滑動(dòng)變阻器,于是選擇用一根均勻電阻絲代替(電阻絲總阻值大于R0,并配有可在電阻絲上移動(dòng)的金屬夾P,金屬夾P的電阻可忽略)。(1)根據(jù)圖甲完成圖乙中實(shí)物連線。(2)用歐姆表測(cè)量電阻絲的總電阻,先將選擇開關(guān)旋至“×10”擋,紅、黑表筆短接調(diào)零后進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果發(fā)現(xiàn)歐姆表指針偏角太大,則應(yīng)將選擇開關(guān)旋至

(選填“×1”或“×100”)擋并重新進(jìn)行

。最終正確測(cè)量出電阻絲的總電阻為R。

(3)用游標(biāo)卡尺測(cè)量電阻絲的總長(zhǎng)度L,示數(shù)如圖丙所示,則L=

mm。(4)實(shí)驗(yàn)前,將P移到金屬絲

(選填“a”或“c”)位置,合上開關(guān)S,調(diào)節(jié)金屬夾的位置,依次測(cè)量出接入電路中的電阻絲長(zhǎng)度x和電流表示數(shù)I,該小組同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪-x函數(shù)圖像如圖丁所示,圖線斜率為k,與縱軸截距為b,該電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻可表示為E=

,r=

。(用R0、R、k、b、L表示)

解析

(1)根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖如圖所示。(2)選擇開關(guān)旋至“×10”擋,歐姆表指針偏角太大,說(shuō)明指針?biāo)甘緮?shù)過(guò)小,由于電阻測(cè)量值=指針?biāo)甘緮?shù)×倍率,為了增大指針?biāo)甘緮?shù),應(yīng)將選擇開關(guān)旋至“×1”擋,重新進(jìn)行歐姆調(diào)零。(3)20分度游標(biāo)卡尺的精確度為0.05

mm,電阻絲總長(zhǎng)L=102

mm+6×0.05

mm=102.30

mm。練思維遷移運(yùn)用1.(2022浙江高三開學(xué)考試)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。(1)將電源、開關(guān)、電阻箱和電流表組成一個(gè)串聯(lián)電路,開關(guān)閉合之前把電阻箱阻值調(diào)到最大值。甲

(2)閉合開關(guān),逐漸減小電阻箱的阻值,記錄下電阻箱阻值R和對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)I,多次改變電阻箱阻值,測(cè)量并記錄5組R和相對(duì)應(yīng)的電流I。(3)以R為縱軸,為橫軸,將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的5組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)、作圖,得到如圖乙所示的圖像,則被測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)測(cè)量值為

V(保留三位有效數(shù)字);被測(cè)干電池內(nèi)阻測(cè)量值為

Ω(保留兩位有效數(shù)字)。

乙(4)誤差分析:由于系統(tǒng)誤差的影響,這種測(cè)量方法得到的電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值

(選填“大于”“小于”或“等于”)真實(shí)值,電池內(nèi)阻的測(cè)量值________

(選填“大于”“小于”或“等于”)真實(shí)值。

答案

(3)1.43(1.38~1.48均可)

2.0

(4)等于

大于

(4)由于電流表本身內(nèi)阻是跟電池的內(nèi)阻串聯(lián)的,因此,得到的內(nèi)阻1.2

Ω

包含電流表本身內(nèi)阻,故內(nèi)阻測(cè)量值大于真實(shí)值;由于電流表本身內(nèi)阻不會(huì)影響圖像斜率,電動(dòng)勢(shì)測(cè)量值等于真實(shí)值。2.(2021天津卷)隨著智能手機(jī)的廣泛應(yīng)用,充電寶成為手機(jī)及時(shí)充電的一種重要選擇。充電寶可以視為與電池一樣的直流電源。一充電寶的電動(dòng)勢(shì)約為5V,內(nèi)阻很小,最大放電電流為2A,某實(shí)驗(yàn)小組測(cè)定它的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。他們剝開充電寶連接線的外絕緣層,里面有四根導(dǎo)線,紅導(dǎo)線為充電寶的正極,黑導(dǎo)線為充電寶的負(fù)極,其余兩根導(dǎo)線空置不用,另有滑動(dòng)變阻器R用于改變電路中的電流,定值電阻R0=3Ω,兩只電表M、N,兩表均為理想電表,并與開關(guān)S連成如圖所示電路。(1)圖中測(cè)量電流的電表是

,測(cè)量電壓的電表是

。(均選填字母“M”或“N”)

(2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,測(cè)得多組I、U數(shù)據(jù),記錄如下表,其中只有一個(gè)數(shù)據(jù)記錄有誤,審視記錄的數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn)表中第

(填測(cè)量次數(shù)的序號(hào))次的記錄數(shù)據(jù)有誤。

次數(shù)1234567電流I/A0.2990.4770.6840.8771.0651.2811.516電壓U/V4.9704.9524.9324.9424.8944.8724.848(3)電路中接入R0的作用是

(填選項(xiàng)前的字母)。

A.使測(cè)電流的電表讀數(shù)變化明顯 B.為了更準(zhǔn)確地測(cè)量充電寶內(nèi)阻C.避免使充電寶的放電電流過(guò)大 D.減小測(cè)量電壓的電表分流作用答案

(1)N

M

(2)4

(3)C解析

(1)電表N串聯(lián)在電路中,測(cè)量干路電流,所以N為電流表;電表M一端接在開關(guān)上,另一端接在充電寶的負(fù)極,閉合開關(guān)后相當(dāng)于并聯(lián)在電源兩端,所以M為電壓表,測(cè)量路端電壓。(2)題中表格的電流I不斷增大,根據(jù)閉合電路歐姆定律E=U+Ir可知路端電壓U不斷減小,電壓表的示數(shù)不斷減小,所以第4次的記錄數(shù)據(jù)有誤。(3)因?yàn)槌潆妼毜膬?nèi)阻很小,所以電阻R0串聯(lián)在電路中,起保護(hù)電路的作用,避免使充電寶的放電電流過(guò)大損壞電路中的器件,故選C。3.(2022廣東廣州高三一模)某同學(xué)要測(cè)量量程為3V電壓表的內(nèi)阻值,步驟如下:甲

(1)先用多用電表的歐姆擋測(cè)量量程為3V電壓表的內(nèi)阻值,用歐姆“×100”擋測(cè)量,表盤示數(shù)如圖甲所示,則電壓表示數(shù)為

V,阻值約為

Ω。

(2)要進(jìn)一步精確測(cè)量電壓表內(nèi)阻值,實(shí)驗(yàn)室中可提供的器材有:電阻箱R,最大電阻為9999Ω;定值電阻r=2kΩ;電動(dòng)勢(shì)約為6V,內(nèi)阻不計(jì)的電源E;開關(guān)、導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)的電路圖如圖乙所示,先正確連好電路,閉合開關(guān)S前,先調(diào)節(jié)電阻箱至電阻值

(選填“最大”或“最小”)。閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)電阻箱R的電阻值,使得電壓表的指針半偏,記下此時(shí)電阻箱R的電阻值R1=4450Ω;然后再調(diào)節(jié)電阻箱R的值,使電壓表的指針滿偏,記下此時(shí)電阻箱R的電阻值R2=150Ω。計(jì)算得電壓表內(nèi)阻值RV=

Ω;若電源的內(nèi)阻不能忽略,則電壓表內(nèi)阻RV的測(cè)量值將

(選填“偏小”“不變”或“偏大”)。

乙答案

(1)2.20

2200

(2)最大

2150

偏大解析

(1)電壓表的最小分度為0.1

V,應(yīng)估讀到0.01

V,故讀數(shù)為2.20

V;已知選擇多用電表歐姆“×100”擋,所以阻值為22×100

Ω=2

200

Ω。(2)為保護(hù)電壓表,在閉合開關(guān)S前,應(yīng)調(diào)節(jié)電阻箱至電阻值最大設(shè)電壓表半偏時(shí)電流為I,則電壓表滿偏時(shí)電流為2I,由閉合電路歐姆定律可得E=I(RV+R1+r)E=2I(RV+R2+r)聯(lián)立代入數(shù)據(jù)可解得RV=2

150

Ω若電源的內(nèi)阻不能忽略,假設(shè)為r',則閉合電路歐姆定律應(yīng)為E=I(RV+R1+r+r')=2I(RV+R2+r+r')代入數(shù)據(jù)可解得電壓表內(nèi)阻的實(shí)際值為RV=2

150

Ω-r',則電壓表內(nèi)阻RV的測(cè)量值偏大。4.(2023山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高三一模)某同學(xué)從實(shí)驗(yàn)室找到如下器材,準(zhǔn)備測(cè)未知電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。A.待測(cè)電源一個(gè)B.直流電壓表V,量程為3V,內(nèi)阻非常大C.定值電阻R0=150ΩD.電阻箱RE.導(dǎo)線和開關(guān)該同學(xué)設(shè)計(jì)的電路如圖甲所示,根據(jù)該電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作:多次改變電阻箱的阻值,記錄每次電阻箱的阻值R和電壓表的示數(shù)U,在-R坐標(biāo)系中描出的坐標(biāo)點(diǎn)如圖乙所示。甲乙(3)根據(jù)圖線求得電源電動(dòng)勢(shì)E=

V,內(nèi)阻r=

Ω。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(2)擬合一次函數(shù)直線關(guān)系,作圖如圖所示。(3)根據(jù)圖線求得斜率5.(2023湖南長(zhǎng)沙雅禮中學(xué)開學(xué)考試)某實(shí)驗(yàn)小組欲利用圖甲所示的電路測(cè)定電源E1的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r,已知圖中電源E2的電動(dòng)勢(shì)為E0,內(nèi)阻為r0,定值電阻的阻值為R0,電壓表可視為理想電壓