（新课标）2020高考物理一轮复习 8.5 实验：测定电源的电动势和内阻课件 新人教版

8．5实验：测定电源的电动势和内阻知识清单考点整合集中记忆一、实验目的掌握测定电源的电动势和内阻的方法．掌握用图像法求电动势和内阻的方法．二、实验原理方程组法：如图甲，调节R的阻值，测出几组I、U值，由E＝U＋Ir列方程组，求出几组E、r值，算出它们的平均值．图像法：如图乙，画出U­I图像，图线在纵轴的截距即为电动势，图线斜率的绝对值即为电池内阻．三、实验器材电压表、电流表、滑动变阻器、电池、开关、导线和坐标纸．四、实验步骤按实验电路图连接实物图，电流表用0.6A量程，电压表用3V量程；把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端；闭合开关，调节变阻器使电流表有明显的示数，记录多组I、U数据；处理数据：用公式法或图像法求出电源的电动势和内阻．五、误差分析电流表内接电路电流表外接电路电路图理论图像与测量图像误差原因由于电压表分流，使电流表的测量值偏小由于电流表分压，使电压表的测量值偏小U、I测量值的关系式E＝U＋(I＋URV)rU＝RVRV＋rE－rRVRV＋rIE＝U＋(r＋RA)IU＝E－(r＋RA)I结论E测＝RVRV＋rEE真r测＝rRVRV＋rr真E测＝E真r测＝(r＋RA)r真考点讲练考点突破针对训练考点一实验电路与器材选择1．实验电路(1)从减小误差考虑，普通的干电池内阻较小，应选用电流表内接法．当被测电源内阻较大时，应选用电流表外接法．(2)为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，通常在干路中串联一个保护电阻．2．器材选择(1)电压表：根据所测电池的电动势选择量程．(2)电流表：由于干电池允许的最大电流约为0.5A，电流表一般用0.6A量程．(3)滑动变阻器：既要考虑把电流控制在安全范围内，不能使阻值太小；又要考虑调节方便，不能使阻值太大．(2018·太原一模)为测定一节新干电池的电动势和内电阻(已知该干电池的内电阻相当小，额定电流为0.7A)，可供选择的器材有：电压表：A.量程3V，内阻为10kΩB．量程15V，内阻为20kΩ.电流表：C.量程0.8A内阻约为0.5ΩD．量程3A，内阻约为0.2Ω滑动变阻器：E.最大电阻10Ω额定电流0.7AF．最大电阻2kΩ额定电流2AG．定值电阻R0＝1Ω.H．电键、导线若干(1)要使实验误差较小且操作方便，可选择的器材是________(填字母代号)(2)下面的电路图应选择________．【答案】(1)ACEGH(2)D【解析】(1)一节干电池的电动势约为1.5V，则电压表选3V量程，应用伏安法测一节干电池电动势与内阻时，最大电流约为零点几安培，则电流表选择0.8A量程，为方便实验操作，滑动变阻器应选E；为了准确测量应接入定值电阻等效为电源内阻再进行测量；同时还需要开关和导线，故所用仪器为ACEGH；(2)因干电池的内电阻相当小，电压表的读数变化很小，将定值电阻与电源串联以增大等效内阻．由于电流表的内阻未知，为减小误差，故应采用相对电源的外接法，故电路图应选择D项．(2018·哈尔滨三模)在测量一节干电池电动势E和内阻r的实验中，小明设计了如图甲所示的实验电路．(1)根据图甲实验电路，请在乙图中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接．(2)实验开始前，应先将滑动变阻器的滑片P调到________(选填“a”或“b”)端．(3)合上开关S1，S2接图甲中的1位置，改变滑动变阻器的阻值，记录下几组电压表示数和对应的电流表示数；S2改接图甲中的2位置，改变滑动变阻器的阻值，再记录下几组电压表示数和对应的电流表示数．在同一坐标系内分别描点作出电压表示数U和对应的电流表示数I的图像，如图丙所示，两直线与纵轴的截距分别为UA、UB，与横轴的截距分别为IA、IB.①S2接1位置时，作出的U­I图线是图丙中的________(选填“A”或“B”)线；测出的电池电动势E和内阻r存在系统误差，原因是___________________________________________________.②由图丙可知，干电池电动势和内阻的真实值分别为E真＝________，r真＝________．【答案】(1)如图(2)a(3)①B电压表的分流②UAUAIB【解析】(1)实物连线图如答案图所示：(2)为保护电流表，实验开始前，应将滑片P置于电阻最大的a端；(3)①当S2接1位置时，可把电压表与电源看做一个等效电源，根据闭合电路欧姆定律U＝E断可知，电动势和内阻的测量值均小于真实值，所以作出的U­I图线应是B线；测出的电池电动势E和内阻r存在系统误差，原因是电压表的分流．②当S2接2位置时，可把电流表与电源看做一个等效电源，根据闭合电路欧姆定律E＝U断可知电动势测量值等于真实值，U­I图线应是A线，即E真＝UA；由于S2接1位置时，U­I图线的B线对应的短路电流为I短＝IB，所以r真＝E真r短＝UAIB.考点二实验原理与数据处理1．公式法：由U＝E－Ir得U1＝E－I1rU2＝E－I2r，解得E、r，算出它们的平均值．2．图像法：由于干电池的内阻较小，路端电压U的变化也较小，画U－I图线时，纵轴的刻度通常不从零开始，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的电动势，图线斜率的绝对值仍为内电阻．(2018·扬州一模)利用如图所示的实验装置测量两节干电池组成的电源的电动势和内电阻．(1)请在图甲中用笔画线代替导线完成电路连接________．(2)在实验操作正确的情况下测得数据记录在下表中，请在图乙中作出U­I图像________．U/V2.942.862.812.762.712.62I/A0.060.120.180.240.300.38(3)根据U­I图像，可得该电池组的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.(结果均保留2位有效数字)(4)本实验存在系统误差，原因是________(选填“①电压表分流”或“②电流表分压”前面的序号)，由此造成电源内阻测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值．【答案】(1)如解析图所示(2)如解析图所示(3)3.01.0(4)①小于【解析】(1)测电源的电动势和内电阻，应采用相对电源的电流表内接法，实物连接图如图所示：(2)在U­I坐标内，描点连线，如图所示：(3)由U＝E－Ir可知，图像在纵轴的截距等于电源电动势，斜率的绝对值等于内阻．故E＝3.0V，r＝1.0Ω.(4)本实验存在系统误差，原因是电压表分流，使得电流表示数小于干路电流；外电路短路时，电压表分流为零，实际电流等于电流表电流，电压越大，电压表分流越多，实际电流大于电流表电流越多，图像斜率的绝对值将越大，由此造成电源内阻测量值小于真实值．(2018·广安模拟)“测电池的电动势和内阻”的实验时，如果采用一节新干电池进行实验，发现当滑动变阻器在较大范围内调节时，电压表读数变化很小，从而影响测量值的精确性．可以利用一定值电阻，对实验进行改良．某次实验中，除一节新干电池、电压表、电流表和开关外，还有定值电阻R0(1.8Ω)滑动变阻器R1(0～10Ω)滑动变阻器R2(0～200Ω)(1)请你画出应采用的实验电路原理图．(2)为方便实验调节较准确地进行测量，滑动变阻器应选用________(填“R1”或“R2”)．(3)实验中改变滑动变阻器的阻值，测出几组电流表和电压表的读数如下表I/A0.150.200.250.300.400.50U/N1.201.101.000.900.700.50请你在给出的坐标纸中画出U­I图线．(4)根据图线得出新干电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.【答案】(1)如图所示(2)R1(3)如图所示；(4)1.5(1.48～1.52均正确)0.2(0.16～0.24均正确)【解析】(1)电源内阻太小，可以用定值电阻与电源串联组成等效电源，电压表测路端电压，电流表测电路电流，实验电路图如答案图所示：(2)为方便实验操作，滑动变阻器应选择：R1.(3)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图像如答案图所示：(4)由图示电源U­I图像可知，图像与纵轴交点坐标值为1.50，则电源电动势：E＝1.50，图像斜率：k＝r＋R0＝|ΔUΔI|＝1.5－0.50.5Ω＝2Ω，则电源内阻：r＝k－R0＝2Ω－1.8Ω＝0.2Ω.考点三实验拓展与创新1．方法拓展：测量电源电动势和内阻除了用伏安法，还有两种常用方法(1)安阻法：如图所示，将电流表和电阻箱串联．(如练5)(2)伏阻法：如图所示，将电压表和电阻箱并联(如练6)2．定值电阻的使用：(如练7、8)(1)定值电阻可以作为保护电阻；(2)定值电阻可以改装电压表或电流表．(2018·江苏)一同学测量某干电池的电动势和内阻．(1)图1所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路．请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处．(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的1I数据见下表：R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.261I/A－16.76.05.34.53.8根据表中数据，在方格纸上作出R­1I关系图像．由图像可计算出该干电池的电动势为________V；内阻为________Ω.(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100mV的电压表并联在电流表的两端．调节电阻箱，当电流表的示数为0.33A时，电压表的指针位置如图2所示，则该干电池的电动势应为________V；内阻应为________Ω.【答案】(1)①开关未断开②电阻箱阻值为零(2)如图所示1.43(1.30至1.44)1.2(1.0至1.4)(3)1.43(1.30至1.44)1.0(0.8至1.2)．【解析】(1)由图可知，由于开关没有断开，则电路中存在电流，可能损坏电表；同时电阻箱也不能为零，应使其阻值调至最大；(2)根据描点法可得出对应的图像如图所示；根据闭合电路欧姆定律可知，I＝Er＋R，变形可得：R＝EI－r；由图可知，E＝k＝8－06.7－1.1V≈1.43V，r＝1.2Ω(3)本实验测量结果中电动势是准确的，故电动势1.43V，而内电阻的结果中包含电流表内阻；由图可知，电压表示数为65mV，电流表内阻RA＝0.0650.33A＝0.2A，故电源内阻为1.2Ω－0.2Ω＝1.0Ω.(2018·江西模拟)常用无线话筒所用的电池电动势E约为9V，内阻r约为40Ω，最大允许电流为100mA.为测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用图甲的电路进行实验．图中电压表为理想电表，R为电阻箱(阻值范围为0～999.9Ω)，R0为定值电阻．(1)图甲中接入R0的目的是为了防止电阻箱的阻值调得过小时，通过电源的电流大于其承受范围，起________的作用；实验室备有的定值电阻R0的规格有以下几种，则本实验应选用________．A．50Ω，1.0WB．500Ω，2.5WC．1500Ω，15WD．2500Ω，25W(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值读出电压表的示数U，再改变电阻箱阻值，取得多组数据，作出了如图乙的图线．由图线知：当电压表的示数为2V时，电阻箱接入电路的阻值为________Ω(结果保留三位有效数字)．(3)根据图乙所作出的图像求得该电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(结果保留三位有效数字)【答案】(1)保护电路A(2)20.8(3)10.033.3【解析】(1)R0是定值电阻，起保护电路的作用．当滑动变阻器短路时，电路中通过的最大电流为100mA，则由闭合电路欧姆定律可知，定值电阻的最小阻值约为：R0＝EI－40Ω＝9100×10－3Ω－40Ω＝50Ω，定值电阻应选A项．(2)电压等于2V时，1U＝0.5由图乙可知，电压等于2V时，1R＝4.8×10－2所以R＝14.8×10－2＝20.8Ω(3)由闭合电路欧姆定律可得：U＝ER0＋R＋rR变形得1U＝1E＋R0＋rER由数学知识可知，图像中的斜率k＝R0＋rE；截距b