2025高考物理步步高同步練習(xí)必修3第1課時　伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻

2025高考物理步步高同步練習(xí)必修33實驗：電池電動勢和內(nèi)阻的測量第1課時伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻[學(xué)習(xí)目標(biāo)]掌握伏安法測量電池電動勢和內(nèi)阻的原理，會選用實驗器材、正確連接電路并進行實驗數(shù)據(jù)處理．一、實驗思路由E＝________知，改變外電路的阻值可測出多組__________、__________的值，通過圖像可求出E、r的值．實驗電路如圖所示．二、物理量的測量____________和_________兩個物理量．而僅測兩組U、I數(shù)據(jù)，聯(lián)立方程解得E和r，誤差可能較大，應(yīng)該多次測量，并對數(shù)據(jù)處理，才能減小誤差．所以應(yīng)該使用___________________改變外電路電阻，進行多次測量．三、數(shù)據(jù)處理1．計算法：由E＝U1＋I1r，E＝________________可解得E＝eq\f(I1U2－I2U1,I1－I2)，r＝eq\f(U2－U1,I1－I2).可以利用U、I的值多求幾組E、r的值，算出它們的________________．2．作圖法：(1)以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，建立平面直角坐標(biāo)系，根據(jù)幾組U、I測量數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點，作U－I圖像，如圖所示．(2)將圖線兩側(cè)延長，縱軸截距是斷路的路端電壓，它的數(shù)值就是____________________；橫軸截距是路端電壓U＝0時的電流，它的數(shù)值就是_____________________________．(3)圖線斜率的絕對值為__________________，即r＝________________＝____________.3.誤差分析(1)偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U－I圖像時描點不準(zhǔn)確．(2)系統(tǒng)誤差：主要原因是未考慮電壓表的分流作用，使得電流表上讀出的數(shù)值比實際的總電流(即流過電源的電流)要小一些．U越大，電流表的讀數(shù)與總電流的偏差就越大，將測量結(jié)果與真實情況在U－I坐標(biāo)系中表示出來，如圖所示，可見E測<E真，r測<r真．四、注意事項1．為使電池的路端電壓有明顯變化，應(yīng)選取內(nèi)阻較大的舊干電池和內(nèi)阻________的電壓表．2．實驗中不能將電流調(diào)得過大，且讀數(shù)要快，讀完后立即切斷電源，防止干電池因大電流放電時間過長導(dǎo)致內(nèi)阻r發(fā)生明顯變化．3.當(dāng)干電池的路端電壓變化不很明顯時，作圖像，縱軸起點可不從零開始．縱軸單位可取得小一些．如圖所示，此時圖線與縱軸交點仍為電池的______________，但圖線與橫軸交點不再是短路電流，內(nèi)阻要在直線上取較遠(yuǎn)的兩點，用r＝____________求出．例1某同學(xué)用伏安法測一節(jié)干電池的電動勢E和內(nèi)電阻r(約為3Ω)，所給的其他器材有：A．電壓表V：0～3V～15VB．電流表A：0～0.6A～3AC．滑動變阻器R1：(20Ω，1A)D．滑動變阻器R2：(1000Ω，0.1A)E．電阻箱R(0～999.9Ω)F．開關(guān)和導(dǎo)線若干(1)實驗中電壓表應(yīng)選用的量程為____________(選填“0～3V”或“0～15V”)，電流表應(yīng)選用的量程為____________(選填“0～0.6A”或“0～3A”)，滑動變阻器應(yīng)選用_________(選填“R1”或“R2”)；(2)根據(jù)實驗要求在圖甲虛線框中畫出電路圖，并將圖乙所示的實物連接成實驗電路；(3)測出幾組電流、電壓的數(shù)值，并畫出圖像如圖丙所示，由圖像知該電池的電動勢E＝____________V，內(nèi)電阻r＝____________Ω.例2某同學(xué)在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，串聯(lián)了一只2.5Ω的保護電阻R0，實驗電路如圖甲所示．(1)請按圖甲電路原理圖把圖乙實物電路利用筆畫線代替導(dǎo)線連接起來．(2)該同學(xué)順利完成實驗，測得如表所示的數(shù)據(jù)，請根據(jù)數(shù)據(jù)在圖丙坐標(biāo)系中畫出U－I圖像，由圖知：電池的電動勢為______，內(nèi)阻為________．(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)I/A0.100.170.230.30U/V1.201.000.800.60(3)考慮電表本身電阻對測量結(jié)果的影響，造成本實驗系統(tǒng)誤差的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(4)實驗所得的電池的電動勢和內(nèi)阻的測量值與真實值比較：E測________E真，r測_______r真．(均填“<”“＝”或“>”)等效電源法誤差分析1．圖甲把與電源等效為新的電源r測＝r＋RA>r真，E測＝E真2．圖乙把與電源等效為新的電源r測＝eq\f(RVr,RV＋r)<r真，E測<E真．第2課時伏阻法和安阻法測電池的電動勢和內(nèi)阻[學(xué)習(xí)目標(biāo)]掌握用伏阻法和安阻法測電動勢和內(nèi)阻的原理，會選用實驗器材、正確連接電路并進行實驗數(shù)據(jù)處理．一、伏阻法測電動勢和內(nèi)阻1．實驗思路由E＝________＝U＋eq\f(U,R)r知，改變電阻箱阻值，測出多組U、R值，通過公式或圖像可求出E、r.實驗電路如圖所示．2．實驗器材電池、電壓表、____________、開關(guān)、導(dǎo)線．3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)計算法：由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋,E＝U2＋))解方程組可求得E和r.(2)圖像法：由E＝U＋eq\f(U,R)r得：eq\f(1,U)＝eq\f(1,E)＋eq\f(r,E)·eq\f(1,R).故eq\f(1,U)－eq\f(1,R)圖像的斜率k＝eq\f(r,E)，縱軸截距為eq\f(1,E)，如圖．由圖像的斜率和截距求解．二、安阻法測電動勢和內(nèi)阻1．實驗思路如圖所示，由E＝____________知，改變電阻箱的阻值，測出多組________、________的值，通過圖像就可求出E、r的值．2．實驗器材電池、____________、____________、開關(guān)、導(dǎo)線．3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)計算法：由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝I1R1＋I1r,E＝I2R2＋I2r))解方程組求得E，r.(2)圖像法：由E＝I(R＋r)得：eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(r,E)eq\f(1,I)－R圖像的斜率k＝eq\f(1,E)，縱軸截距為eq\f(r,E)(如圖甲)又R＝E·eq\f(1,I)－rR－eq\f(1,I)圖像的斜率k＝E，縱軸截距為－r(如圖乙)．由圖像的斜率和截距求解．一、伏阻法測電動勢和內(nèi)阻例1東風(fēng)中學(xué)課外興趣小組測量手機電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗原理圖如圖甲所示，已知電池組的電動勢約為3V、內(nèi)阻小于1Ω，現(xiàn)提供的器材如下：A．手機鋰電池(電動勢的標(biāo)稱值為3.4V)；B．電壓表V1(量程為0～15V，內(nèi)阻約為10kΩ)；C．電壓表V2(量程為0～3V，內(nèi)阻約為10kΩ)；D．電阻箱R(0～99.9Ω)；E．定值電阻R1(R1＝2Ω)；F．定值電阻R2(R2＝100Ω)；G．開關(guān)和導(dǎo)線若干．(1)如果要準(zhǔn)確測量電源的電動勢和內(nèi)阻，電壓表應(yīng)選擇__________(選填實驗器材前的標(biāo)號)；定值電阻R0應(yīng)選擇__________(選填實驗器材前的標(biāo)號)．(2)興趣小組一致認(rèn)為用線性圖像處理數(shù)據(jù)便于分析，于是在實驗中改變電阻箱的阻值R，記錄對應(yīng)電壓表的示數(shù)U，獲取了多組數(shù)據(jù)，畫出的eq\f(1,U)－eq\f(1,R)圖像為一條直線，作出的eq\f(1,U)－eq\f(1,R)圖像如圖乙所示，若把流過電阻箱的電流視為干路電流，則可得該電池組的電動勢E＝________V、內(nèi)阻r＝____________Ω.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(3)若考慮電壓表的分流作用，則該實驗中電動勢的測量值與真實值相比________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)．二、安阻法測電動勢和內(nèi)阻例2一同學(xué)測量某干電池的電動勢和內(nèi)阻．(1)如圖所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時的實驗電路．請指出圖中在器材操作上存在的兩個不妥之處____________；__________________.(2)實驗測得的電阻箱阻值R和理想電流表示數(shù)I，以及計算出的eq\f(1,I)數(shù)據(jù)見下表：R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26eq\f(1,I)/A－16.75.95.34.53.8根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在如圖方格紙上作出R－eq\f(1,I)關(guān)系圖像．由圖像可計算出該干電池的電動勢為______V(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)；內(nèi)阻為_______Ω(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．針對訓(xùn)練為了測量四節(jié)干電池組成的電池組的電動勢E和內(nèi)阻r，某同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的實驗電路．器材如下：A．電池組(四節(jié)干電池：電動勢約為6V，內(nèi)阻約為4Ω)B．電阻箱(最大阻值99.9Ω)C．電流表A1(量程3A、內(nèi)阻為0.5Ω)D．電流表A2(量程0.6A、內(nèi)阻為1Ω)E．定值電阻R01＝50ΩF．定值電阻R02＝5ΩG．開關(guān)一只，導(dǎo)線若干(1)為提高實驗的精確度，電流表應(yīng)選用__________；定值電阻應(yīng)選用________．(均填器材前的序號)(2)斷開開關(guān)S，調(diào)整電阻箱的阻值，再閉合開關(guān)S，讀取并記錄電流表的示數(shù)及電阻箱接入電路中的阻值．多次重復(fù)上述操作，可得到多組電流值I及電阻箱的阻值R，并以eq\f(1,I)為縱坐標(biāo)，以R為橫坐標(biāo)，作出兩者的關(guān)系圖線如圖乙所示(該圖線為一直線)．(3)根據(jù)圖乙中所得圖線，可求得電池組的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)4能源與可持續(xù)發(fā)展[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.掌握能量守恒定律的內(nèi)容和重要意義.2.了解什么是能源的耗散和品質(zhì)降低，認(rèn)識自然界中能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性.3.了解能源的分類與應(yīng)用.4.認(rèn)識當(dāng)前環(huán)境問題，增強環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的意識．一、能量守恒定律能量既不會憑空______，也不會憑空________，它只能從一種形式________為其他形式，或者從一個物體________到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量________________．二、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性1．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是____________的．2．能量的耗散：其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能后不能再重復(fù)利用，這種現(xiàn)象叫作能量的耗散．3．能量的耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有____________．三、能量的分類與應(yīng)用1．能源的分類(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然氣是目前人類生產(chǎn)、生活中使用的主要能源，這類能源又叫作________能源．化石能源無法在短時間內(nèi)再生，所以這類能源叫作不可再生能源．(2)可再生能源：水能和風(fēng)能等能源，歸根結(jié)底來源于太陽能．這些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源．2．能源的開發(fā)與應(yīng)用近年來，我國在能源開發(fā)方面取得了很大的成就：如：____________發(fā)電、水力發(fā)電、________發(fā)電、____________發(fā)電．四、能源與社會發(fā)展1．隨著人口迅速增長、經(jīng)濟快速發(fā)展以及工業(yè)化程度的提高，________短缺和過度使用________________帶來的環(huán)境惡化已經(jīng)成為關(guān)系到人類社會能否持續(xù)發(fā)展的大問題．2．可持續(xù)發(fā)展(1)可持續(xù)發(fā)展的核心：追求發(fā)展與__________、__________的平衡：既滿足當(dāng)代人的需求，又不損害子孫后代的需求．(2)需要做好兩方面：①要大力提倡________；②發(fā)展____________能源以及天然氣、清潔煤和核能等在生產(chǎn)及消費過程中對生態(tài)環(huán)境的污染程度低的________能源．1．判斷下列說法的正誤．(1)由能量守恒定律知，能量是取之不盡、用之不竭的，也不必要節(jié)約能源．()(2)熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體，也可以自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體．()(3)大量消耗常規(guī)能源會使環(huán)境惡化，故提倡開發(fā)利用新能源．()(4)能量的耗散就是能量的總量在減少．()2．除了常見的煤炭、石油外，可利用的能源還有哪些？一、能量守恒定律導(dǎo)學(xué)探究近幾年流行一種“自發(fā)電電動車”，基本原理是將一小型發(fā)電機緊靠車輪處，車輪轉(zhuǎn)動時，帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，發(fā)出的電又繼續(xù)供給電動車，你認(rèn)為僅靠這種方式，電動車能持續(xù)運動下去嗎？知識深化能量守恒定律的理解與應(yīng)用1．自然界中不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，一種形式的能量減少一定伴隨著其他形式的能量增加，能量的總量保持不變．2．能量守恒定律的適用范圍能量守恒定律是貫穿物理學(xué)的基本規(guī)律，是在各種自然現(xiàn)象中普遍適用的一條規(guī)律．3．能量守恒定律的表達式(1)E初＝E末，初狀態(tài)各種能量的總和等于末狀態(tài)各種能量的總和．(2)ΔE增＝ΔE減，某些能量的增加量等于其他能量的減少量．4．應(yīng)用步驟(1)明確研究對象及研究過程；(2)明確該過程中，哪些形式的能量在變化；(3)確定參與轉(zhuǎn)化的能量中，哪些能量增加，哪些能量減少；(4)列出增加的能量和減少的能量之間的守恒式(或初、末狀態(tài)能量相等的守恒式)．例1能量守恒定律的建立是人類認(rèn)識自然的一次重大飛躍，它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一．下列說法正確的是()A．因為能量守恒，所以能量可以隨意使用B．不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化C．因為能量不會消失，所以不可能有能源危機D．能量可以被消滅，也可以被創(chuàng)生例2(2021·濟南一中學(xué)業(yè)考試)某地強風(fēng)的風(fēng)速約為v，空氣的密度為ρ，如果把通過橫截面積S的風(fēng)的動能完全轉(zhuǎn)化為電能，則用上述已知量計算電功率的公式為()A．P＝eq\f(1,2)ρSv B．P＝eq\f(1,2)ρSv2C．P＝eq\f(1,2)ρSv3 D．P＝eq\f(1,2)ρSv4二、能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的方向性導(dǎo)學(xué)探究內(nèi)能可以轉(zhuǎn)化為電能，電能可以轉(zhuǎn)化為光能、內(nèi)能、機械能……既然能量是守恒的，不會憑空消失，為什么還要節(jié)約能源呢？知識深化對“能量的耗散和品質(zhì)降低”的理解(1)各種形式的能最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，流散到周圍的環(huán)境中，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也不過只能使地球、大氣稍稍變暖一點，卻再也不能驅(qū)動機器做功了．(2)從可被利用的價值來看，內(nèi)能較之機械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量．由此可知，能量的耗散雖然不會導(dǎo)致能量的總量減少，卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，實際上是將能量從高度有用的形式降級為不太可用的形式．(3)能量的耗散導(dǎo)致可利用能源減少，所以要節(jié)約能源．例3(多選)(2021·昆明一中期中)電冰箱能夠不斷地把熱量從溫度較低的冰箱內(nèi)部傳給溫度較高的外界空氣，下列說法正確的是()A．熱量能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體B．在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體C．熱量的傳遞過程不具有方向性D．在自發(fā)的條件下熱量的傳遞過程具有方向性例4熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散的現(xiàn)象．所謂能量耗散是指在能量轉(zhuǎn)化的過程中無法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列關(guān)于能量耗散的說法中正確的是()A．能量耗散是指在一定條件下，能量在轉(zhuǎn)化過程中總量減少了B．能量耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上并未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了C．能量耗散表明，能量守恒定律不一定正確三、能源的分類與應(yīng)用能源與社會發(fā)展1．能源的分類按可否再生分為可再生能源與不可再生能源(1)不可再生能源：人們把煤炭、石油、天然氣叫作化石能源．化石能源無法在短時間內(nèi)再生，被叫作不可再生能源．(2)可再生能源：在自然界可以再生，例如水能、風(fēng)能、潮汐能、生物能、地?zé)崮艿龋?．能源和環(huán)境污染(1)溫室效應(yīng)：石油和煤炭的燃燒增加了大氣中二氧化碳的含量，因此加劇了溫室效應(yīng)．溫室效應(yīng)使得兩極的冰雪