2020届高考物理总复习 第8章 恒定电流 实验十 测定电源的电动势和内阻课件 教科版

实验十测定电源的电动势和内阻实验基础核心探究实验基础解读实验·萃取精华●注意事项1.电池选取:应选用内阻较大的电池.2.实验操作:实验中不宜将电流调得过大,电表读数要快,每次读完数后立即断开开关.3.数据要求:要测出不少于6组的(I,U)数据,且变化范围要大些.4.描点画图:画U-I图线时,应使图线通过尽可能多的点,并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去.5.纵轴标度的确定:画U-I图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而是依据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始).但这时图线和横轴的交点不再是短路电流,而图线与纵轴的截距仍为电源电动势,图线斜率的绝对值仍为内阻.●误差分析1.偶然误差(1)由于电表读数不准引起误差.(2)用图像法求E和r时,由于作图不准确造成的误差.(3)测量过程中通电时间过长或电流过大,都会引起E,r变化.2.系统误差(1)若采用(甲)图,其U-I图像如(乙)图所示.由于电压表的分流作用造成误差.①当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值等于真实值.②E测E真.③因为r测=,所以r测r真.(2)若采用(丙)图,其U-I图像如(丁)图所示.由于电流表的分压作用造成误差.①E为真实值.②I短测I短真.③因为r测=,所以r测r真,r测为r真和RA的串联值,由于通常情况下电池的内阻较小,所以这时r测的误差非常大.EI短测EI短测核心探究通法悟道·拓宽思路探究点一基础性实验【典例1】(2015·江苏卷,10)小明利用如图(甲)所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻.(1)图中电流表的示数为A.解析:(1)电流表所用量程为0～0.6A,其分度值为0.02A,其示数为0.4A+2×0.02A=0.44A.答案:(1)0.44(2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下:请根据表中的数据,在图(乙)中作出U-I图线.U(V)1.451.361.271.161.06I(A)0.120.200.280.360.44由图线求得:电动势E=V;内阻r=Ω.答案:(2)U-I图线见解析1.60(1.58～1.62都算对)1.2(1.18～1.26都算对)解析:(2)在U-I坐标中描点,作U-I图线如图.因U=E-Ir,故由U-I图线可得,电动势E=1.6V,内阻r=UI=1.61.00.5Ω=1.2Ω.(3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合.其实,从实验误差考虑,这样的操作不妥,因为.答案:(3)见解析解析:(3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大.反思总结电流表的读数方法及图像处理(1)由于电流表0.6A量程的最小刻度是0.02A,故不用估读到最小刻度的下一位.(2)注意U-I图像的U坐标轴一般不是从零刻度开始,这样内阻r只能用r=计算,不能由r=计算.UIEI短题组冲关1.(2017·河南郑州第三次质检)实验小组要测量一个电池组的电动势E和内阻r,并测量保护电阻的阻值Rx.已知电池组的电动势约为6V,电池内阻和待测电阻阻值均约为几十欧.可选用的实验器材有:电流表A1(量程0～30mA)电流表A2(量程0～100mA)电压表V1和V2(量程均为0～6V)滑动变阻器R1(阻值0～5Ω)滑动变阻器R2(阻值0～300Ω)开关S一个,导线若干某同学设计的实验过程如下:①实验电路图如图(甲)所示,正确连接电路;将变阻器R接入电路的阻值调到最大,闭合开关S;②逐渐减小变阻器R的阻值,测量并记录多组电压表和电流表的数据U1,U2,I.根据上面信息,回答下列问题:(1)实验中电流表应选用,滑动变阻器应选用.解析:(1)由题意可知,电池组电动势约为6V,而电阻约为几十欧姆,为了保证实验的安全,电流表应选择A2;由电路图可知,滑动变阻器起调节电流的作用,5Ω的电阻小于待测电阻较多,故只能选择R2;答案:(1)A2R2(2)如图(乙)是根据步骤②的测量数据作出的U1-I图像,由图像可知,电源电动势E=V,电源内阻r=Ω(结果均保留两位有效数字).答案:(2)5.925解析:(2)图像在纵轴上的截距表示电源电动势,可知E=5.9V;图像斜率的绝对值表示电源的内阻,则可知,内阻为r=UI=35.54.0761610Ω=25Ω;(3)用U1,U2,I表示待测保护电阻的阻值为Rx=,考虑电表内阻对测量结果的影响,实验中待测电阻的测量值与真实值相比(选填“偏小”“偏大”或“相等”).答案:(3)偏大12UUI解析:(3)由欧姆定律得Rx=12UUI;由于电压表V2的分流作用,电流I小于流过Rx的实际电流,实验中待测电阻的测量值与真实值相比偏大.(1)该小组成员先直接用多用电表粗测该电池电动势,用2.5V量程读数如图(甲)所示,则该电动势的读数为V;测量时多用电表的红表笔应该与电池的(填“正”或“负”)极相连.2.(2018·江苏南京模拟)某研究性学习小组欲测量一节干电池的电动势和内阻.答案:(1)1.45正解析:(1)在题图(甲)中可读出该电动势为1.50V;测量时多用表的红表笔应该与电池的正极相连.(2)接着小组成员按如图(乙)原理图测量电源电动势E和内阻r.R0=2.5Ω为定值保护电阻,电压表内阻较大,单位长度电阻r0=0.20Ω/cm的电阻丝ac上标有长度刻度.(3)请根据原理图连接图(丙)中的实物图.答案:(3)图见解析解析:(3)电路接线如图.(4)闭合开关S,记录ab的长度L和电压表V的示数U;滑动b点改变ab的长度L,测得6组L和U值,并算出对应的值.写出U与L,E,r,R0,r0的关系式=.1U解析:(4)由电路图可知E=U+I(r+R0),I=0ULr变形可得1U=1E+00rREr·1L.根据所描点作出图线求出截距b=0.67,即1E=0.67,所以E≈1.50V;由图线求出斜率k=10,即00rREr=10,把已知数据代入解得r=0.50Ω.答案:(4)1E+00rREr·1L答案:(5)1.50(1.43～1.54均可)0.50(0.35～0.65均可)(5)图(丁)中的“×”是已标出的实验数据所表示的点,根据图线算出电源电动势E=V,内阻r=Ω.(计算结果保留到小数点后两位)探究点二创新性实验高考创新实验例析【典例2】(2014·全国Ⅰ卷,23)利用如图(a)所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有:待测电源,电阻箱R(最大阻值999.9Ω),电阻R0(阻值为3.0Ω),电阻R1(阻值为3.0Ω),电流表(量程为200mA,内阻为RA=6.0Ω),开关S.实验步骤如下:①将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;②多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;③以1I为纵坐标,R为横坐标,作1I-R图线(用直线拟合).④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.回答下列问题:(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻,则1I与R的关系式为.解析:(1)电流表电阻是R1的2倍,所以干路电流为3I,根据闭合电路欧姆定律E=3.0I(r+R0+R)+IRA,代入数据,化简得1I=3.0ER+3.015rE.答案:(1)1I=3.0ER+3.015rE(2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R=3.0Ω时电流表的示数如图(b)所示,读出数据,完成下表.答:①,②.(3)在图(c)的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,根据图线求得斜率k=A-1Ω-1,截距b=A-1.R/Ω1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.125①0.1000.0910.0840.077I-1/A-16.998.00②10.011.011.913.0答案:(2)0.1109.09(3)1.06.0解析:(2)电流表每小格表示4mA,因此电流表读数是0.110A,倒数是9.09A-1.(3)根据给出的点,画出一条直线,如图所示,得出斜率k=1.0A-1Ω-1,截距b=6.0A-1.(4)根据图线求得电源电动势E=V,内阻r=Ω.解析:(4)斜率k=3E,因此E=3k=3.0V,截距b=315rE,r=3bE-5=1.0Ω.答案:(4)3.01.0【创新/改进点分析】1.实验器材的改进:利用内阻已知的电流表和电阻箱测电源的电动势和内阻.2.数据处理的创新改进:利用-R图像的斜率和截距求E和r.1I【典例3】(2017·天津卷,9)某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻.其中电流表A1的内阻r1=1.0kΩ,电阻R1=9.0kΩ,为了方便读数和作图,给电池串联一个R0=3.0Ω的电阻.(1)按图示电路进行连接后,发现aa′,bb′和cc′三条导线中,混进了一条内部断开的导线.为了确定哪一条导线内部是断开的,将开关S闭合,用多用电表的电压挡先测量a,b′间电压,读数不为零,再测量a,a′间电压,若读数不为零,则一定是导线断开;若读数为零,则一定是导线断开.答案:(1)aa′bb′解析:(1)根据U=IR,导线电阻R等于零,所以良好的同一根导线上任何两点都不会存在电势差,若一根导线两端有电势差,则导线断开.据此可推断出导线是完整的还是断开的.(2)排除故障后,该小组顺利完成实验.通过多次改变滑动变阻器触头位置,得到电流表A1和A2的多组I1,I2数据,作出图像如图.由I1-I2图像得到电池的电动势E=V,内阻r=Ω.答案:(2)1.4(1.36～1.44均可)0.5(0.4～0.6均可)解析:(2)将电流表A1和R1串联当成电压表使用,电压表测量值U=I1(r1+R1),根据闭合电路欧姆定律有I1(r1+R1)=E-I2(r+R0),整理得I1=11ErR-011rRrRI2,由题图可知,纵轴截距b=0.14×10-3A=11ErR,所以电动势E=0.14×10-3×(1×103+9×103)V=1.4V,斜率的绝对值表示011rRrR,即|k|=0.140.05260=011rRrR,解得r=0.5Ω.【创新/改进点分析】1.实验方案的改进:利用内阻已知的电流表A1,求出并联电路两端的电压,电流表A2的示数近似看成干路电流.2.数据处理的创新:纵轴截距与(R1+r1)的乘积表示电动势,根据图线斜率的绝对值可求出电池内阻.模拟创新实验冲关1.(2017·四川成都第四次联考)在2017上海国际车展上,展出了大量新能源车型.据统计在车展期间,展出的新能源车型达159台之多.其中纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车,它利用蓄电池作为储能动力源,通过电池向电动机提供电能,驱动电动机运转,从而推动汽车行驶.为研究车用电瓶,某兴趣小组将一块旧的车载电瓶充满电,准备利用下列器材测量电瓶的电动势和内阻.A.待测电瓶,电动势约为3V,内阻约几欧姆B.直流电压表V1,V2,量程均为3V,内阻约为3kΩC.定值电阻R0(阻值未知)D.滑动变阻器R,最大阻值为Rm(阻值已知)E.导线和开关(1)请利用以上器材,设计一个电路,完成对待测电瓶的电动势和内阻的测量.解析:(1)因无电流表,故可用定值电阻与电压表配合来得到电流,电路如图所示.答案:(1)图见解析(2)实验之前,需要利用该电路图测出定值电阻R0的阻值,方法是先把滑动变阻器R调到接入电路最大阻值Rm,再闭合开关,电压表V1和V2的读数分别为U10,U20,则R0=(用U10,U20,Rm表示).解析:(2)由电路图可知R0=201010mUUUR=201010UUURm.答案:(2)201010UUURm(3)实验中移动滑动变阻器触头,读出电压表V1和V2的多组数据U1,U2,描绘出U1-U2图像如图所示,图中直线斜率为k,与横轴的截距为a,则电瓶的电动势E=,内阻r=(用k,a,R0表示).解析:(3)根据闭合电路的欧姆定律可知E=U2+210UURr,变形可知U1=0RrrU2-0ERr,由图可知0Rrr=k,a=00ERRr,解得r=01Rk,E=1kak.