资源描述
测量电源的电动势和内阻一、实验目的1测量电源的电动势和内阻。2加深对闭合电路欧姆定律的理解。二、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。突破点(一)实验原理与操作例1用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V，内电阻约1 )的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：A电流表：量程0.6 A，内电阻约1 B电流表：量程3 A，内电阻约0.2 C电压表：量程3 V，内电阻约30 kD电压表：量程6 V，内电阻约60 kE滑动变阻器：01 000 ，额定电流0.5 AF滑动变阻器：020 ，额定电流2 A(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_，电压表应选用_，滑动变阻器应选用_(均填仪器的字母代号)。(2)下图为正确选择仪器后，连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将_和_相连、_和_相连、_和_相连(均填仪器上接线柱的字母代号)。(3)实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U。用图像法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线，则可以_为纵坐标，以_为横坐标。由题引知要点谨记4考查利用电阻箱测E和r对应第(3)题(1)画出利用电阻箱和电压表测量E和r的电路图。(2)根据闭合电路欧姆定律写出关于R和U的函数关系式，如下：UErR解析(1)因三节干电池的电动势约为4.5 V，故电压表应选D；因干电池放电电流不宜超过0.5 A，故电流表应选A；由电压表和电流表的测量范围可知滑动变阻器选用F即可。(2)本实验的实验电路如图甲所示。所以还需要用导线将a与d相连，c与g相连，f与h相连。甲乙(3)电阻箱代替滑动变阻器，实验电路图如图乙所示。根据闭合电路欧姆定律得UrE，整理可得三种情况：，以为纵坐标，为横坐标，在直角坐标系中图像为一条直线；UEr，以U为纵坐标，为横坐标，在直角坐标系中图像为一条直线；R，以为纵坐标，R为横坐标，在直角坐标系中图像为一条直线。答案(1)ADF(2)adcgfh(3)集训冲关1(2018连云港期末)利用如图甲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：A电流表A(00.6 A)B电压表V1(03 V)C电压表V2(015 V)D滑动变阻器R1(015 )E滑动变阻器R2(0100 )F定值电阻R01 G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)实验小组根据图甲中电路图已连接了部分器材，请用笔画线代替导线，将乙图中实物连接图补充完整。(3)实验时，某位同学记录了5组数据，对应的点已经标在图丙上，请在坐标纸上画出UI图线，并根据所画图线可得出干电池的电动势E_V，内阻r_。(计算结果小数点后保留两位数字)解析：(1)一节干电池电动势约为1.5 V，则电压表应选B；因电源内阻较小，故为方便实验操作，滑动变阻器应选D。(2)实物连接图如图1所示。(3)UI图像如图2所示。图线与U轴的交点等于电动势，故电动势为1.48 V，图线斜率的绝对值为1.60，大小等于内阻与定值电阻R0之和，故干电池内阻为0.60 。答案：(1)BD(2)见解析图1(3)见解析图2148(1.471.49均可)0.60(0.570.63均可)2(2019沭阳模拟)用电流表和电压表测一节干电池的电动势和内阻，备有下列器材：A待测干电池(电动势约为1.5 V，内阻小于1 )B电流表A(量程00.6 A，内阻约1 )C电压表V(量程03 V，内阻约3 k)D滑动变阻器R(020 ，10 A)E开关和导线若干(1)图甲、乙是给出的两个供选用的电路图。为了较精确地测定电池的电动势和内阻，实验中应选用_(选填“甲”或“乙”)电路。(2)正确选择电路后，经测量得出的数据如下表，请在图丙所示的坐标纸上画出UI图像。利用图像求出该干电池的电动势和内阻分别为_V、_。次数123456I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05(3)实验中用图像法处理数据是为了减少_(选填“系统误差”或“偶然误差”)。解析：(1)为了较精确地测定电池的电动势和内阻，电池的内阻不大，与电压表、电流表内阻相比较，电流表采用内接法，实验中应选用乙电路。(2)根据数据描点，用直线连接如图所示；则有UEIr，电池的电动势等于截距Eb1.46 V，电池的内阻等于斜率r0.73 。(3)实验中用图像法处理数据是为了减少偶然误差。答案：(1)乙(2)见解析图1.460.73(3)偶然误差突破点(二)数据处理和误差分析例2(2015江苏高考)小明利用如图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。(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：U(V)1.451.361.271.161.06I(A)0.120.200.280.360.44请根据表中的数据，在下面的方格纸上作出UI图线。由图线求得：电动势E_V；内阻r_。(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_。解析(1)电流表选用量程为00.6 A，分度值为0.02 A，则其读数为0.44 A。(2)坐标系选择合适的标度，根据表中数据描点作出的UI图线如图所示。图线与纵轴交点为1.61 V，故E1.61 V，由图线的斜率1.24知，电池内阻为1.24 。注意此处不要用图像与纵轴交点值除以与横轴交点值。(3)长时间保持电路闭合，电池会发热，电池内阻会发生变化，干电池长时间放电，也会引起电动势变化，导致实验误差增大。答案(1)0.44(2)UI图线见解析1.61(1.591.63都算对)1.24(1.221.26都算对)(3)通电时间较长会使干电池的电动势和内阻发生变化，导致实验误差增大由题引知要点谨记2.考查作图和数据处理能力对应第(2)题(1)作图时纵坐标起点为1.00 V。(2)通过图线获取信息和处理数据。在电源的UI图线中，若两坐标轴均从零开始的，则图线与U轴的截距为电源电动势，图线与I轴的截距为电源的短路电流；若U轴不以零开始，则U轴截距仍为电动势，I轴截距不再是短路电流，则r。集训冲关3(2018江苏高考)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，以及计算的数据见下表：R/8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26/A16.75.95.34.53.8根据表中数据，在图2方格纸上作出R关系图像。由图像可计算出该干电池的电动势为_ V；内阻为_ 。(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100 mV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0.33 A时，电压表的指针位置如图3所示，则该干电池的电动势应为_ V；内阻应为_ 。解析：(1)在电学实验中，连接电路时应将开关断开，电阻箱的阻值调为最大，以确保实验仪器、仪表的安全。(2)根据闭合电路欧姆定律EI(Rr)，整理可得RrEr，即R图像为直线。描点连线后图像如图所示。根据图像可知r1.2 。图像的斜率为电动势E，在R图像上取两点(2,1.58)、(5,5.71)，则E V1.38 V。(3)根据欧姆定律，得电流表的内阻rA 0.2 ，由EI(RrrA)得RE(rrA)，R图像的斜率仍为电动势E，即E1.38 V，而干电池的内阻应为rrrA1.0 。答案：(1)开关未断开；电阻箱阻值为零。(2)见解析图1.4(1.301.44均可)12(1.01.4均可)(3)1.4结果与(2)问第一个空格一致10结果比(2)问第二个空格小0.24实验室中准备了下列器材：待测干电池(电动势约1.5 V，内阻约1.0 )电流表G(满偏电流1.5 mA，内阻10 )电流表A(量程00.60 A，内阻约0.10 )滑动变阻器R1(020 ，2 A)滑动变阻器R2(0100 ，1 A)定值电阻R3990 ，开关S和导线若干(1)某同学选用上述器材(滑动变阻器只选用了一个)测定一节干电池的电动势和内阻，为了能较为准确地进行测量和操作方便，实验中选用的滑动变阻器应是_。(填代号)(2)请在方框中画出该同学的实验电路图。(3)如图为该同学根据实验数据作出的I1I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，由该图线可得：被测干电池的电动势E_V，内阻r_。解析：(1)滑动变阻器应起到明确的调节作用，并且还要易于调节，故一般限流接法时，滑动变阻器最大阻值约为待测干电池内阻10倍左右即可，故本题中应选R1。(2)本题中电流表G可与定值电阻串联作为电压表使用，再将滑动变阻器与电流表A串接在电源两端即可，如图所示。(3)由闭合电路欧姆定律可得：I1(R3RG)E(I1I2)r，变形得：I1I2；由数学知识可得：图像中斜率的绝对值|k|；b；由题图可知：b1.47103；k1030.75103；故解得：E1.47 V，r0.75 。答案：(1)R1(2)见解析图(3)1.470.755(2019无锡模拟)在做“测电源电动势与内阻”的实验中，(1)先用多用电表粗测了干电池的电动势。 如图1所示是测量时选择开关与表头指针所处的位置，则该电池的电动势为_V，实验结束后，应将选择开关拨到图中的_挡位(选填“A”“B”“C”或“D”)。(2)设计如图2所示电路进行测量。在实验中发现滑动变阻器的滑片由M端向N端逐渐滑动时，电流表示数逐渐增大，电压表的示数接近1.5 V并且几乎不变，当滑片临近N时，电压表示数急剧变化。出现这种问题，应更换一个总阻值比原来_(选填“大”或“小”)的滑动变阻器。(3)更换(2)中滑动变阻器后，记录分布均匀的8组电流表示数(I)以及电压表示数(U)，在数据处理软件中，以U为纵轴，以I为横轴，经拟合得到直线U1.487 51.502 5I，则电源电动势的测量值是_ V，内电阻的测量值是_ 。(均需保留三位有效数字)解析：(1)根据电压挡所选量程，可知多用电表的分度值为0.05 V，根据指针所指位置，可知电源的电动势约为1.46 V；实验结束后多用电表的指针应该拨到交流电压最大挡或OFF挡，故应选A。(2)电压表的读数接近电动势，说明滑动变阻器接入电路的阻值远大于电源的内阻，所以应选择一个较小阻值的滑动变阻器。(3)根据闭合电路欧姆定律可知，UEIr1.487 51.502 5I，则电源电动势约为1.49 V，内阻为1.50 。答案：(1)1.46A(2)小(3)1.491.50突破点(三)实验的改进与创新例3某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理如图甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计 改装的电流表 ， 为标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R为滑动变阻器，R0是标称值为4.0 的定值电阻。(1)已知灵敏电流计 的满偏电流Ig100 A、内阻rg2.0 k，若要改装后的电流表满偏电流为200 mA，应并联一只_(保留一位小数)的定值电阻R1。(2)根据图甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路。(3)某次实验的数据如下表所示：测量次数12345678电压表读数U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改装表读数I/mA20406080100120140160该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法)，计算出电池组的内阻r_(保留两位小数)；为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是_。(4)该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是_。(填选项前的字母)A电压表内阻的影响B滑动变阻器的最大阻值偏小CR1的实际阻值比计算值偏小DR0的实际阻值比标称值偏大答案(1)1.0(2)如图所示(3)1.66充分利用已测得的数据(4)CD由题引知要点谨记1.考查知识点的创新对应第(1)题借助测定电池组的电动势和内阻实验，考查了电流表的改装，电流表改装的原理为：并联一只电阻R1，Igrg(IIg)R1，即R1f(Igrg,IIg)。 2.数据处理的创新对应第(3)题(1)“逐差法”一般应用在通过纸带求解加速度的实验中，本实验所记录的数据中的读数中依次相差20 mA。所以也可采用逐差法计算电池组的内阻。(2)根据电源的伏安特性曲线可知，电源的内阻rR0，结合逐差法可得，rR045.66 ，所以r1.66 。(3)采用逐差法处理实验数据时能够充分利用已测得的数据，以减小实验的偶然误差。3误差分析的创新对应第(4)题电动势测量值误差很小，说明电压表分流产生的误差可以忽略不计；通过电源的电流的测量值小于真实值，即与电流计并联的电阻R1的实际值小于计算值；由电源内阻的计算式r R0知，若R0标称值比实际值小，会导致内阻测量值总是偏大。还可以用以下几种方法测定电源的电动势和内阻。安阻法伏阻法伏伏法电路图原理EI(Rr)EUrEU1U2rEU1r误差E测E真，r测r真E测E真，r测r真没有系统误差集训冲关6(2019南京模拟)利用电压表和电阻箱可以测量电池的电动势和内阻，某同学找到了如下的器材：电池组(电动势约为6.0 V，内阻约为1 )，灵敏电流计G(满偏电流Ig100 A，内阻Rg100 )，定值电阻R1(R11 )，定值电阻R2(R259.9 k)，变阻箱R3(阻值范围09.9 可调)，开关、导线若干。该同学发现还需要一个合适的电压表，于是把上述G表改装成电压表。(1)将G表改装成量程为6 V的电压表，需将G表与_(选填“R1”“R2”或“R3”)串联。(2)为了准确地测量出电池组的电动势和内阻，请在图甲虚线框中把实验电路图补充完整，并在对应的电阻旁边标上R1、R2或R3，如果为变阻箱，请补充完整其符号。(3)某次测量，电压表示数如图乙所示，其读数为_V。(4)经过多次测量，得出图丙所示的图像，由图像可求得该电池组的电动势为_V，内阻为_(结果保留两位有效数字)。解析：(1)灵敏电流计G(满偏电流Ig100 A，内阻Rg100 )改装成量程为6 V的电压表，则有R 59.9 k，故需将G表与R2串联。(2)根据题意可知，本实验中采用电阻箱与改装后的电压表并联进行分析，并且采用R1与电源串联充当保护电阻使用；故电路图如图所示。(3)由题图乙知，电压表分度值为0.2 V，其读数为0.222 V4.4 V。(4)根据闭合电路欧姆定律可知：UE(rR1)，变形可得，则由图像性质可知0.2，0.5，解得该电池组的电动势为E5.0 V，内阻为r1.5 。答案：(1)R2(2)见解析图(3)4.4(4)5.01.57(2019苏北四市一模)测定一节干电池的电动势和内阻，电路如图甲所示，MN为一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝，定值电阻R01.0 ，调节滑片P，记录电压表示数U、电流表示数I及对应的PN长度x，绘制了UI图像如图乙所示。(1)由图乙求得电池的电动势E_V，内阻r_。(2)实验中由于电表内阻的影响，电动势测量值_其真实值(选填“大于”“等于”或“小于”)。(3)根据实验数据可绘出 x图像，如图丙所示。图像斜率为k，电阻丝横截面积为S，可求得电阻丝的电阻率_，电表内阻对电阻率的测量_(选填“有”或“没有”)影响。解析：(1)由闭合电路欧姆定律可知：UEI(rR0)；则可知，题图乙中的图像与纵坐标轴的交点表示电动势，故E1.49 V；图像的斜率表示电池内电阻与定值电阻总阻值，则rR0 1.45 ，解得r1.45 1.0 0.45 。(2)由题图可知，伏安法测电阻采用电流表内接法，由于电压表分流作用，电流表测量值偏小，当外电路短路时，电流测量值等于真实值，电源的UI图像如图所示，由图像可知，电动势测量值小于真实值，电源内阻测量值小于真实值。(3)根据欧姆定律可知，电阻R；则可知k，解得：kS；若考虑电表内阻，则图像的斜率不变，所以得出对电阻率没有影响。答案：(1)1.490.45(2)小于(3)kS没有8(2018南通二模)测量某电源电动势和内阻，提供实验器材如下：A待测电源(电动势约12 V、内阻约1 、额定电流2 A)B电流表A(量程1 A)C电流表G(量程1 mA、内阻约50 )D电阻箱(099 999.9 )E滑动变阻器(020 k)F滑动变阻器(01 k)H滑动变阻器(050 )J定值电阻(阻值5 )K定值电阻(阻值100 )L开关、导线若干(1)电流表改装成电压表，需要测量电流表内阻Rg，实验小组采用如图甲所示的电路，实验步骤如下：连接好电路，闭合开关S1前，滑动变阻器R1的滑片应移到_(选填“最左端”或“最右端”)。闭合S1，断开S2，调节R1使电流表G满偏。闭合S2，保持R1阻值不变，调节电阻箱R2的阻值，使得电流表G半偏，读出电阻箱示数R，则电流表G的内阻Rg_。(2)将电流表G改装成量程15 V的电压表，已测得Rg52.0 ，则图乙电路中电阻箱R2的取值应为_ 。(3)用图乙电路测电源电动势和内阻，滑动变阻器R3选用_；定值电阻R0选用_(选填器材序号)。(4)根据实验测得数据作出电压表读数U与电流表A读数I间的关系图像(图像未画出)，由图像读出I0时U12.1 V，图线斜率绝对值为5.9 V/A，则电源电动势E_V，电源内阻r_。解析：(1)滑动变阻器R1的滑片移到最左端时接入电路的电阻最大，故闭合开关S1前，滑动变阻器R1的滑片移到最左端；闭合S2，电阻箱R2与电流表G并联，当电流表G半偏时，即电流表中电流为原来的一半，则另一半电流流过电阻箱R2，电阻箱R2与电流表G中电流相同，故电阻值也相等。(2)将电流表G改装成量程为15 V的电压表后，表的总电阻R 1.5104 ，与电流表G串联的电阻箱R2RRg14 948 。(3)滑动变阻器的总阻值小，便于精细调节，故选H；因电流表量程为1 A，定值电阻若选100 ，则测量电流的大小及大小变化范围就非常小，故定值电阻应选J。(4)由题图乙知，将定值电阻等效为电源内阻，I0时，路端电压即为电动势EU12.1 V，图线斜率绝对值为等效内阻的大小，则电源实际内阻为r5.9 5 0.9 。答案：(1)最左端R(2)14 948.0(3)HJ(4)12.10.9
展开阅读全文