【同步備課】2020年高中物理學(xué)案人教版選修3-1-2.10-實(shí)驗(yàn)：測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻

第10節(jié)試驗(yàn)：測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻2．留意事項(xiàng)(1)使用內(nèi)阻大些(用過一段時(shí)間)的干電池，在試驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大，一般不超過0.5A，每次讀完U、I讀數(shù)馬上斷電，以免干電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象過重，E、r明顯變化．(2)測出不少于6組(I，U)數(shù)據(jù)，且U、I變化范圍盡量大些．(3)在畫U—I圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，而不要顧及個(gè)別離開較遠(yuǎn)的點(diǎn)以減小偶然誤差．(4)干電池內(nèi)阻較小時(shí)U的變化較小，坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)將呈現(xiàn)如圖2－9－5甲所示的狀況，下部分大面積空間得不到利用，為此可使縱坐標(biāo)不從零開頭，如圖乙所示，縱坐標(biāo)不從零開頭，把縱坐標(biāo)的比例放大，可使結(jié)果的誤差減小些．此時(shí)圖線與橫軸交點(diǎn)不表示短路電流，計(jì)算內(nèi)阻要在直線上任取兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，用r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|計(jì)算出電池的內(nèi)阻r.(5)合理地選擇電壓表與電流表的量程可以減小讀數(shù)誤差，電壓表選取0～3V量程，電流表選取0～0.6A量程.學(xué)問探究要點(diǎn)一：本試驗(yàn)如何進(jìn)行誤差分析？(1)第一種試驗(yàn)線路(課本上的測量電路)U＝E－Ir中I是通過電源的電流，而本試驗(yàn)用圖1所示的電路是存在系統(tǒng)誤差的，這是由于電壓表分流IV，使電流表示值I測小于電池的輸出電流I真．由于I真＝I測＋I(xiàn)V，而IV＝eq\f(U,RV)，U越大，IV越大，U趨于零時(shí)，IV也趨于零．所以它們的關(guān)系可用圖2表示，測量圖線為AB，真實(shí)圖線為A′B.由圖線可看出r和E的測量值都小于真實(shí)值．r測<r真，E測<E真(2)其次種試驗(yàn)線路圖1圖2測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的其次種接法，如圖3所示．由于電流表的分壓作用，由于U真＝U測＋UA′＝U測＋I(xiàn)RA，RA為電流表的內(nèi)阻，這樣在U—I圖線上對應(yīng)每一個(gè)I應(yīng)加上一修正值ΔU＝IRA，由于RA很小，所以在I很小時(shí)，ΔU趨于零，I增大，ΔU也增大，理論值與測量值的差異如圖4所示．由圖可知：E測＝E真，r測>r真(內(nèi)阻測量誤差格外大)．實(shí)際測量時(shí)應(yīng)選電路圖2－9－7.圖3圖4要點(diǎn)二：試驗(yàn)拓展1.在框1中畫出用電流表、電阻箱測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的電路圖．2.在框2中畫出用電壓表、電阻箱測定電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的電路圖.1.框1框2總結(jié)反思典例剖析總結(jié)反思題型一：試驗(yàn)基本操作【例1】某同學(xué)用電流表和電壓表測干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻時(shí)，所用滑動(dòng)變阻器的阻值為0～20Ω，連接電路的實(shí)物圖如圖所示．該同學(xué)接線中錯(cuò)誤的和不規(guī)范的做法是()A．滑動(dòng)變阻器不起變阻作用B．電流表接線有錯(cuò)C．電壓表量程選用不當(dāng)D．電壓表接線不妥題型二：測量原理和數(shù)據(jù)處理【例2】在“測定一節(jié)干電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻”的試驗(yàn)中(1)第一組同學(xué)利用如圖(a)的試驗(yàn)裝置測量，電壓表應(yīng)選擇量程________(填“3V”或“15V”)，試驗(yàn)后得到了如圖(b)的U—I圖象，則電池內(nèi)阻為________Ω.(電壓表、電流表均為抱負(fù)電表)(2)其次組同學(xué)也利用圖(a)的連接測量另一節(jié)干電池，初始時(shí)滑片P在最右端，但由于滑動(dòng)變阻器某處發(fā)生斷路，合上電鍵后發(fā)覺滑片P向左滑過一段距離x后電流表有讀數(shù)，于是該組同學(xué)分別作出了電壓表讀數(shù)U與x、電流表讀數(shù)I與x的關(guān)系圖，如圖(c)所示，則依據(jù)圖象可知，電池的電動(dòng)勢為________V，內(nèi)阻為________Ω.題型三：試驗(yàn)的延長考查【例3】同學(xué)們知道，將兩個(gè)金屬電極插入任何一個(gè)水果中就可以做成一個(gè)水果電池，但日常生活中我們很少用“水果電池”，這是為什么呢？某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)預(yù)備就此問題進(jìn)行探究．(1)同學(xué)們通過查閱資料知道將鋅、銅兩電極插入水果中，電動(dòng)勢大約會(huì)有1伏多一點(diǎn)．曉宇同學(xué)找來了一個(gè)土豆做試驗(yàn)，當(dāng)用量程為0～3V、內(nèi)阻約50kΩ的伏特表測其兩極時(shí)讀數(shù)為0.96V．但當(dāng)他將四個(gè)這樣的水果電池串起來給標(biāo)值為“3V，0.5A”的小燈泡供電時(shí)，燈泡并不發(fā)光．檢查燈泡、線路均沒有故障，而用伏特表測量其電壓的確能達(dá)到1V多．據(jù)您猜想，消滅這種現(xiàn)象的緣由應(yīng)當(dāng)是：____________________________(不要求寫分析、推導(dǎo)過程)．(2)若試驗(yàn)室除了導(dǎo)線和開關(guān)外，還有以下一些器材可供選擇：A．電流表A1(量程0～0.6A，內(nèi)阻為1Ω)B．靈敏電流表A2(量程0～0.6mA，內(nèi)阻為800Ω)C．靈敏電流表A3(量程為0～300μA，內(nèi)阻未知)D．滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值約10Ω)E．滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值約2kΩ)F．定值電阻(阻值2kΩ)G．變阻箱(0～9999Ω)①為了能盡可能精確?????測定“土豆電池”的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，試驗(yàn)中應(yīng)選擇的器材是________(填器材前的字母代號)．②在右框中畫出應(yīng)接受的電路．課堂訓(xùn)練1.做電學(xué)試驗(yàn)時(shí)，元件位置放置原則是：電表的位置利于觀看、開關(guān)和滑動(dòng)變阻器等要操作的器件放在便于操作的地方，以下幾種測電池電動(dòng)勢和內(nèi)電阻的試驗(yàn)電路各器件布列方案的俯視圖中，其中最佳方案是()A．eq\x(變阻器)B.eq\x(電池)eq\x(電壓表)eq\x(電流表)eq\x(電壓表)eq\x(電流表)eq\x(開關(guān))eq\x(變阻器)eq\x(電池)eq\x(開關(guān))試驗(yàn)者試驗(yàn)者.2.C.eq\x(開關(guān))eq\x(電池)D．eq\x(開關(guān))eq\x(電池)eq\x(變阻器)eq\x(電壓表)eq\x(電流表)eq\x(變阻器)eq\x(電壓表)eq\x(電流表)試驗(yàn)者試驗(yàn)者2.如圖2-9-12所示是依據(jù)某次試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)畫出的U—I圖象，列關(guān)于這個(gè)圖象的說法中正確的是()A．縱軸截距表示待測電源的電動(dòng)勢E＝3VB．橫軸截距表示短路電流，即I短＝0.6AC．依據(jù)r＝eq\f(E,I短)，計(jì)算出待測電源內(nèi)阻為5ΩD．依據(jù)r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|，計(jì)算出待測電源內(nèi)阻為1Ω圖2-9-12圖2-9-133．某同學(xué)接受如圖2－9－13所示的電路測定電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻，已知有干電池(電動(dòng)勢約為1.5V，內(nèi)阻約2Ω)，電壓表(0～3V,3kΩ)，電流表(0～0.6A,1.0Ω)，滑動(dòng)變阻器R1(10Ω，2A)和R2(100Ω，0.1A)各一只．(1)試驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(選填“R1”或“R2(2)在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線連接試驗(yàn)電路．(3)在試驗(yàn)中測得多組電壓和電流值，得到如圖丙所示的U—I圖象，由圖可較精確?????地求出電源電動(dòng)勢E＝______V；內(nèi)阻r＝________Ω.4.下面是在測某電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的試驗(yàn)中記錄的六組數(shù)據(jù)．請?jiān)谟疫叜嫵鯱—I圖，并依據(jù)圖象算出待測電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻.U/V1.371.321.241.181.101.05I/A0.120.200.310.320.500.57課后訓(xùn)練1．如圖3所示，甲、乙為兩個(gè)獨(dú)立電源的路端電壓與通過它們的電流I的關(guān)系圖象，下列說法中正確的是()A．路端電壓都為U0時(shí)，它們的外電阻相等B．電流都是I0時(shí)，兩電源的內(nèi)電壓相等C．電源甲的電動(dòng)勢大于電源乙的電動(dòng)勢D．電源甲的內(nèi)阻小于電源乙的內(nèi)阻2．用圖象法計(jì)算電動(dòng)勢和內(nèi)電阻時(shí)，先要描點(diǎn)，就是在U—I坐標(biāo)系中描出與每組I、U值對應(yīng)的點(diǎn)，以下說法中正確的是()A．這些點(diǎn)應(yīng)當(dāng)精確?????地分布在一條直線上，即U—I圖線應(yīng)通過每個(gè)點(diǎn)B．這些點(diǎn)應(yīng)當(dāng)基本上在一條直線上，，所以U—I圖線不行能通過每一個(gè)點(diǎn)C．不在U—I圖線上的點(diǎn)應(yīng)當(dāng)大致均衡地分布在圖線兩側(cè)D．個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)舍去3．在右圖測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻試驗(yàn)的實(shí)物連接圖中，電流表和電壓表的正接線柱都尚未連接，為了做這個(gè)試驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)把()A．電流表的正接線柱與c點(diǎn)相連B．電流表的正接線柱與b點(diǎn)相連C．電壓表的正接線柱與a點(diǎn)相連D．電壓表的正接線柱與c點(diǎn)相連.3.總結(jié)反思4．用伏安法測電池的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻的試驗(yàn)中，下列留意事項(xiàng)中正確的是()總結(jié)反思A．應(yīng)選用新的干電池作為被測電源，以使電壓表示數(shù)的變化比較明顯B．應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電壓表和電流表C．移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片時(shí)，，以免造成電流表過載D．依據(jù)試驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)作U－I圖象時(shí)，應(yīng)通過盡可能多的點(diǎn)畫一條直線，并使不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)5.在用圖5所示的電路測量電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻的試驗(yàn)中，若有兩只電壓表V1和V2量程相同，內(nèi)阻RV1>RV2；兩只電流表A1、A2量程相同，內(nèi)阻RA1>RA2，在該試驗(yàn)中，為了使E、r的測量精確些，選擇的電表可以是()A．V1和A2B．V2和A2C．V2和A1D．V16．下面給出的用伏安法測電池的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻的數(shù)據(jù)處理方法中，既能減小偶然誤差，又直觀簡便的方法是()圖5A．測出兩組I和U數(shù)據(jù)，代入eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I(xiàn)1r,E＝U2＋I(xiàn)2r))方程組，求出E和rB．測出多組I和U數(shù)據(jù)，代入方程求出幾組E和r，最終求出平均值C．測出多組I和U數(shù)據(jù)，畫出U—I圖象，依據(jù)圖象求出E和rD．測出多組I和U數(shù)據(jù)，分別求出I和U的平均值，出E和r7．如圖6所示，已知R1＝R2＝R3＝1Ω.當(dāng)開關(guān)S閉合后，電壓表的讀數(shù)為1V；當(dāng)開關(guān)S斷開后，電壓表的讀數(shù)為0.8V，則電池的電動(dòng)勢等于()A．1VB．1.2VC．2VD．4V圖69．為了測量兩節(jié)串聯(lián)干電池的電動(dòng)勢，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖8所示的試驗(yàn)電路，其中E是待測電池組，內(nèi)阻不能忽視；V1、V2是兩只量程都合適的電表，內(nèi)阻不是很大，且未知；S1、S2是單刀單擲開關(guān)；導(dǎo)線若干．(1)請依據(jù)電路圖甲，在圖乙中連線，將器材連成試驗(yàn)電路．(2)試驗(yàn)需要測量的物理量是_____________________________________________．(3)用測出的物理量，導(dǎo)出串聯(lián)電池組電動(dòng)勢的表達(dá)式是____________．10．利用伏安法測量