2019年度高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 实验十 测定电源的电动势和内阻学案

实验十测定电源的电动势和内阻1.实验原理闭合电路欧姆定律.2.实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺.3.基本操作(1)电流表用0.6A的量程，电压表用3V的量程，按图1连接好电路.图1(2)把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端.(3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1).用同样的方法再测量几组I、U值，填入表格中.(4)断开开关，拆除电路，整理好器材.1.实验数据求E、r的处理方法(1)列方程求解：由UEIr得，解得E、r.(2)用作图法处理数据，如图2所示.图2图线与纵轴交点为E；图线与横轴交点为I短；图线的斜率表示r|.2.注意事项(1)为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池.(2)电流不要过大，应小于0.5A，读数要快.(3)要测出不少于6组的(I，U)数据，变化范围要大些.(4)若UI图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r|确定.(5)电流表要内接(因为r很小).3.误差来源(1)偶然误差：用图象法求E和r时作图不准确.(2)系统误差：电压表分流.(3)本实验中测量结果是：E测E真，r测r真.命题点一教材原型实验例1(2016四川理综8)用如图3所示电路测量电源的电动势和内阻.实验器材：待测电源(电动势约3V，内阻约2)，保护电阻R1(阻值10)和R2(阻值5)，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干.图3实验主要步骤：()将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；()逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；()以U为纵坐标，I为横坐标，作UI图线(U、I都用国际单位)；()求出UI图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.回答下列问题：(1)电压表最好选用；电流表最好选用.A.电压表(03V，内阻约15k)B.电压表(03V，内阻约3k)C.电流表(0200mA，内阻约2)D.电流表(030mA，内阻约2)(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大.两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是.A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E，r，代入数值可得E和r的测量值.答案(1)AC(2)C(3)kakR2解析(1)电压表内阻越大，分流越小，误差也就越小，所以选内阻较大的电压表A；当滑动变阻器接入电阻最小时通过电流表的电流最大，此时通过电流表的电流大小约为I176mA，所以选量程为200mA的电流表C.(2)由电路分析可知，若滑动变阻器的滑片右移电压表示数变大，则滑动变阻器接入电路部分阻值增大，选项C符合题意.(3)由EUI(rR2)，得UI(rR2)E，对比伏安特性曲线可知，图象斜率的绝对值krR2，所以电源内阻rkR2；令U0，得I，由题意知UI图线与横轴截距为a，所以aI，则Eka.变式1利用图4所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差.供选择的器材有：图4A.电流表A(00.6A)B.电压表V1(03V)C.电压表V2(015V)D.滑动变阻器R1(020)E.滑动变阻器R2(0200)F.定值电阻R01G.开关一个，导线若干(1)实验中电压表应选用，滑动变阻器应选用(选填相应器材前的字母).(2)闭合开关，电压表和电流表均有示数，但是无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表的读数变化都非常小.同学们讨论后，在原电路的基础上又加了一个定值电阻R0，问题得到解决.请你在方框内画出改进后的电路图.某位同学记录了6组数据，对应的点已经标在坐标纸上.在图5坐标纸上画出UI图线，根据所画图线可得出干电池的电动势EV，内电阻r.(结果均保留两位有效数字)图5答案(1)BD(2)见解析图1.50.14(0.130.18均可)解析(1)由于干电池的电动势为1.5V，所以应选电压表B，C的量程太大，误差太大；选用小的滑动变阻器便于操作，故选D.(2)电路图如图甲所示，UI图线如图乙所示图象的纵截距表示电源电动势，故有E1.5V，所以内阻为rR010.14变式2利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻.要求尽量减小实验误差.(1)应该选择的实验电路是图6中的(选填“甲”或“乙”).图6(2)现有电流表(00.6A)、开关和导线若干，以及以下器材：A.电压表(015V) B.电压表(03V)C.滑动变阻器(050) D.滑动变阻器(0500)实验中电压表应选用；滑动变阻器应选用.(选填相应器材前的字母)(3)某位同学记录的6组数据如表所示，其中5组数据的对应点已经标在图7，请标出余下一组数据的对应点，并画出UI图线.序号123456电压U(V)1.451.401.301.251.201.10电流I(A)0.0600.1200.2400.2600.3600.480图7(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势EV，内电阻r.(5)实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化.下列示意图中正确反映PU关系的是.答案(1)甲(2)BC(3)如图所示(4)1.50(1.491.51均可)0.83(0.810.85均可)(5)C解析(1)干电池内阻相对一般电流表内阻而言较小，为减小电流表分压带来的系统误差，故应选甲.(2)干电池电动势约为1.5V，电压表选B可减小读数误差.滑动变阻器应选C，若选D，由于总阻值较大，则滑片滑动时移动范围小，不便调节.(3)图线应为直线，作图时使尽量多的点在线上，不在线上的点应均匀分布在线的两侧，误差较大的点舍去.(4)由UEIr可得图象上的纵轴截距E1.50V，斜率的绝对值r0.83.(5)输出功率PUIU(U)2，应为开口向下的抛物线，C正确.变式3手机、电脑等电器已经普及到人们的日常生活中，这些电器都要用到蓄电池.某同学利用下列器材测定一节蓄电池的电动势和内阻.蓄电池的电动势约为3V.A.量程是0.6A，内阻约为0.5的电流表；B.量程是3V，内阻是6k的电压表；C.量程是15V，内阻是30k的电压表；D.阻值为01k，额定电流为0.5A的滑动变阻器；E.阻值为010，额定电流为2A的滑动变阻器；F.定值电阻4，额定功率4W；G.开关S一个，导线若干.(1)为了减小实验误差，电压表应选择(填器材代号)，图8中的导线应连接到处(填“”或“”)，改变滑动变阻器阻值的时候，为了使电压表和电流表的读数变化比较明显，滑动变阻器应选择(填器材代号).图8(2)用(1)问中的实验电路进行测量，读出电压表和电流表的读数，画出对应的UI图线如图9所示，由图线可得该蓄电池的电动势EV，内阻r.(结果保留两位有效数字)图9答案(1)BE(2)3.21.3解析(1)蓄电池的电动势约为3V，电压表C的量程太大，选电压表B.导线接处，与电池串联的定值电阻阻值已知，有利于准确测出电池的内阻.电流表量程为0.6A，由R得回路中的总电阻不能小于5，滑动变阻器D总阻值太大，操作不方便，滑动变阻器选E.(2)由图线在纵轴上的截距可得蓄电池的电动势E3.2V，图线斜率的绝对值|k|5.3，减去与电池串联的定值电阻的阻值4，可得电池的内阻r1.3.命题点二实验拓展创新例2(2017天津理综9(3)某探究性学习小组利用如图10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r11.0k，电阻R19.0k，为了方便读数和作图，给电池串联一个R03.0的电阻.图10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，将电键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.图11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，作出图象如图11.由I1I2图象得到电池的电动势EV，内阻r.答案aabb1.41(1.361.44均可)0.5(0.40.6均可)解析用电压挡检测电路故障，电压表的表头是电流计，原电路有断路，回路中无电流，将电压表接在a、b间后有示数，说明电路被接通，即a、b间有断路故障，再测量a、a间电压，电压表读数不为零，说明断路故障的范围被缩小到a、a间，则一定是aa导线断开；若读数为零，则说明电路仍未被接通，电路故障一定是bb导线断开.根据闭合电路的欧姆定律得EI1(R1r1)(I1I2)(R0r)，I1I2，上式可简化为EI1(R1r1)I2(R0r)，读出两点坐标：(60 mA,0.12 mA)和(260 mA,0.05 mA)，代入方程解得：电动势E1.41 V，内阻r0.5 .变式4某同学准备利用下列器材测量干电池的电动势和内阻.A.待测干电池一节，电动势约为1.5V，内阻约为几欧姆B.直流电压表V，量程为3V，内阻非常大C.定值电阻R0150D.电阻箱RE.导线和开关根据如图12甲所示的电路连接图进行实验操作.多次改变电阻箱的阻值，记录每次电阻箱的阻值R和电压表的示数U.在R坐标系中描出的坐标点如图乙所示.图12(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则与R的关系式为.(2)在图乙坐标纸上画出R关系图线.(3)根据图线求得斜率kV11，截距bV1(保留两位有效数字).(4)根据图线求得电源电动势EV，内阻r(保留三位有效数字).答案(1)R(2)见解析图(3)4.4103(4.21034.6103均可)0.70(0.690.71均可)(4)1.52(1.451.55均可)9.09(7.5010.5均可)解析(1)由闭合电路欧姆定律可知：EU(Rr)，整理可知R.(2)作图如图所示.(3)根据图线求得斜率kV114.4103V11，截距b0.70V1.(4)由、R关系式可知k4.4103V11，b0.70V1，解得E1.52V；r9.09.变式5某同学设想运用如图13甲所示的实验电路，测量未知电阻Rx的阻值、电流表A的内阻和电源(内阻忽略不计)的电动势，实验过程中电流表的读数始终符合实验要求.(1)为了测量未知电阻Rx的阻值，他在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值调至(填“最大”或“最小”)，然后闭合开关K1，将开关K2拨至1位置，调节R2使电流表A有明显读数I0；接着将开关K2拨至2位置.保持R2不变，调节R1，当调节R134.2时，电流表A读数仍为I0，则该未知电阻的阻值Rx.(2)为了测量电流表A的内阻RA和电源(内阻忽略不计)的电动势E，他将R1的阻值调到R11.5，R2调到最大，将开关K2拨至2位置，闭合开关K1；然后多次调节R2，并在表格中记录下了各次R2的阻值和对应电流表A的读数I；最后根据记录的数据，他画出了如图乙所示的图象，根据你所学的知识和题中所给字母写出该图象对应的函数表达式为：；利用图象中的数据可求得，电流表A的内阻RA，电源(内阻忽略不计)的电动势EV.图13答案(1)最大34.2(2)R20.54解析(1)为了保护电路，需要将电阻箱的阻值都调至最大，因为两种情况下电流表示数相同，Rx和R1等效，所以RxR134.2.(2)根据闭合电路欧姆定律得：EI(R1R2RA)，解得R2，故R2图象的斜率为，则纵截距为，代入数据可得：，0.5，解得E4 V，RA0.5 .10