2019-2020年高考物理实验专题特训（9）测定电源的电动势和内阻.doc

2019-2020年高考物理实验专题特训（9）测定电源的电动势和内阻一、实验目的(1)测定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、实验原理(1)实验依据：闭合电路欧姆定律(2)E和r的求解：由UEIr得，解得E、r.(3)用作图法处理数据，如图1所示图1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|.三、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。四、基本操作(1)电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按实验原理图连接好电路(2)把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端(3)闭合开关，调节变阻器，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，整理好器材五、数据处理求E、r的处理方法(1)列多个方程组求解，再求E、r的平均值(2)图象法处理：以路端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建系、描点、连线，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r.六、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0.5 A，读数要快(3)要测出不少于6组的(U，I)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)七、误差分析(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.考点一实验原理与操作典例1(xx北京高考)利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。图实91(1)应该选择的实验电路是图实91中的_(选填“甲”或“乙”)。(2)现有电流表(00.6 A)、开关和导线若干，以及以下器材：A电压表(015 V)B电压表(03 V)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组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图实92的坐标纸上，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图实92图实93(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E_V，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。图实93的各示意图中正确反映PU关系的是_。答案(1)甲(2)BC(3)如图所示(4)1.50(1.491.51)0.83(0.810.85)(5)C考点总结要点谨记1实验电路的选择对应第(1)题干电池的内阻很小，电流表应内接。2实验仪器的选择对应第(2)题(1)干电池的电动势大约为1.5 V，电压表应选择量程为3 V的。(2)滑动变阻器的选择要注意保证实验的安全性及方便调节的问题。3根据实验数据作图的能力对应第(3)题4通过图线获取信息的能力对应第(4)题(1)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；(2)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。5.电源输出功率与路端电压的关系对应第(5)题根据电源最大输出功率的条件，当外电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大。此时电压表示数等于电源电动势的一半，选项C正确。考点二数据处理与误差分析典例2用图实98所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：图实98A电流表(量程0.6 A、3 A)；B电压表(量程3 V、15 V)；C定值电阻(阻值1 、额定功率5 W)；D定值电阻(阻值10 、额定功率10 W)；E滑动变阻器(阻值范围010 、额定电流2 A)；F滑动变阻器(阻值范围0100 、额定电流1 A)。那么：(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择_V，电流表的量程应选择_A；R0应选择_的定值电阻，R应选择阻值范围是_的滑动变阻器。(2)引起该实验系统误差的主要原因是_。答案(1)30.61010(2)由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小考点总结要点谨记1数据的分析和处理、选择合适的实验器材对应第(1)题(1)干电池的电动势为1.5 V，故选量程为3 V的电压表。(2)实验中要求通过电源的电流不超过0.6 A。(3)保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表示数的变化范围太小，造成较大的误差。(4)滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取010 能很好地控制电路中的电流和电压，若取0100 会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。2.系统误差产生的原因对应第(2)题,系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测E真，r测r真。考点三实验的改进与创新典例3(xx福建高考)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，实验原理如图实1016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。图实916(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考点总结要点谨记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R13.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。4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)EUrEU1U2r EU1r误差E测E真，r测r真E测E真，r测r真1(xx湛江模拟)某研究性学习小组欲用电压表V、电阻箱R、定值电阻R0、开关S和若干导线测定某电池组的电动势图15(1)在图15甲中，根据图15乙电路图用笔画线代替导线，将实物图连接成完整的实验电路(2)闭合开关S，调整电阻箱阻值R，读出电压表V相应示数U.该学习小组测出大量数据，分析筛选出如表所示的R、U数据，并计算相应的与的值请用表中数据在图15丙坐标纸上描点，并作用图线.R/16671.450.033.325.020.0U/V7.75.44.53.62.92.5I/R(1021)0.601.402.003.004.005.00I/U/V10.130.190.220.280.340.40(3)从图线中可求得待测电池组的电动势E_V(4)根据该小组设计的实验电路，会存在系统误差，试分析测得的电动势比实际电动势偏_(填“大”或“小”)(5)若要测该电池组的内阻，应知道定值电阻的阻值，用多用表测量该定值电阻的表盘指针如图15丁所示，欧姆挡位如图15戊所示，则知定值电阻的阻值是_.【答案】(1)(2)如图(3)10(4)小(5)50【解析】(1)根据电路图，画出的实物图(2)根据上表所示实验数据，在坐标系中描出对应的点，然后根据坐标系中的点作直线，作出图象：(3)由闭合电路欧姆定律可得：UR变形得：由数学知识可知，图象中的斜率为：k截距为：b由图可知，b0.1所以E10 V.(4)因该接法中由于电压表的分流而导致干路电流示数偏小，但电压表是准确的，故图象比真实图象要向上偏，同时，当电路短路时，电压表的分流是可以忽略的，故短路电流是准确的，故图象与横轴的交点不变，所以电动势的测量值小于真实值内阻小于真实值(5)由欧姆表的读数方法可知，电阻读数为：51050 .2用如图16所示电路测量干电池的电动势和内阻(电动势约为1.5 V，内阻约0.5 ，允许通过的最大电流0.6 A)图中电压表的量程为2.0 V，内阻3 000 ；电流表的量程为0.10 A，内阻5.0 .除被测电池、开关和导线外，还有如下器材：图16A滑动变阻器：阻值范围010 B滑动变阻器：阻值范围0100 C定值电阻：阻值为1 D定值电阻：阻值为100 (1)为了满足实验要求并保证实验的精确度，R2应选阻值为_ 的定值电阻；为便于调节，图中R1应选择阻值范围是_的滑动变阻器(2)实验中，当电流表读数为0.10 A时，电压表读数为1.16 V；当电流表读数为0.05 A时，电压表读数为1.28 V则可以求出E_V，r_.【答案】(1)1010(2)1.40.4【解析】(1)因电流表的内阻为5.0 ，为了保护电流表，根据并联电路的特点，应并联一个小电阻，使流过此支路的电流比较大，达到保护电流表的目的，R2应选1 ；根据并联电路的特点，并联电路的总电阻比任意支路的电阻都要小，为达到能明显控制电路总电阻的变化，应选用与电压表内阻阻值相差大的滑动变阻器，选阻值范围为010 的滑动变阻器(2)根据题意，U11.16 V，I10.10 A，U21.28 V，I20.05 A利用闭合电路欧姆定律得：EU1(I1)r，EU2(I2)r，代入数据可解得E1.4 V，r0.4 .3(xx湛江质检)某同学为了较精确地测量某一节干电池的电动势和内阻，实验室准备了下列器材：A待测干电池E(电动势约为1.5 V，内阻约为1 )B电流表G(满偏电流3.0 mA，内阻为100 )C电流表A(量程00.6 A，内阻约为1 )D滑动变阻器R1(010 ，额定电流为2 A)E滑动变阻器R2(01 k，额定电流为1 A)F定值电阻R0(阻值为900 )G开关一个，导线若干(1)为了能比较准确地进行测量，同时还要考虑操作的方便，实验中滑动变阻器应选_(2)根据题意在图17中画出该实验所需要的电路图(3)根据电路图，将实物图18连接起来，组成完整的电路图17图18(4)如图19所示，是某同学根据正确的实验得到的数据作出的图线，其中，纵坐标I1为电流表G的示数，横坐标I2为电流表A的示数，由图可知，被测干电池的电动势为_ V，内电阻为_ .(保留两位有效数字)图19【答案】(1)D(2)如图所示(3)如图所示(4)1.4(1.381.42均可)067(0.660.68均可)【解析】(1)选择滑动变阻器阻值较小的D，操作方便，且能比较准确地进行测量(2)考虑到实验器材中没有电压表，而有电流表G(满偏电流为3.0 mA，内阻为100 )与定值电阻R0(阻值为900 )，可将二者串联改装为电压表(3)据电路图连接实物图时，注意电流表的正负极(4)从题图中直线与纵轴的截距读出I11.4 mA，则干电池的电动势EI1(R0RG)1.4 V；当电流表A的示数I20.6 A时，电流表G的示数为I11.0 mA，则通过干电池的电流II1I20.601 A，此时干电池输出电压UI1(R0RG)1.0 V，所以，干电池电阻 r0.67 .4(xx郑州一模)在“测定电源电动势和内阻”的实验中，提供了如图甲、乙、丙所示的三组器材(1)请把能完成实验的器材都连成电路(2)某同学根据他的实验数据作出了如图丁所示的图象，由此可知该同学选用的是_组器材进行实验(填“甲”“乙”或“丙”)根据图象可得出电源的电动势E_V，内阻r_.(忽略电表内阻的影响，结果保留两位有效数字)【答案】(1)如图所示(2)丙1.4(1.31.5) 10(0.801.1)【解析】(2)该同学选用的是丙组器材进行实验，REr，由题图可以得到斜率为1.4，R轴截距为1，所以电动势E1.4 V，内阻r1 .5(xx长春一模)某同学用如图20甲所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r，R为电阻箱实验室提供的器材如下：电压表(量程03 V，内阻约3 k)，电阻箱(阻值范围0999.9 )，开关、导线若干(1)请根据图20甲的电路图，在图20乙中画出连线，将器材连接成实验电路；(2)实验时，改变并记录电阻箱R的阻值，记录对应电压表的示数U，得到如下表所示的若干组R、U的数据根据图20丙所示，表中第4组对应的电阻值读数是_；图2012345电阻R/60.535.220.09.9电压U/V2.582.432.222.001.78678910电阻R/5.84.33.52.92.5电压U/V1.401.181.050.930.85(3)请写出和的函数关系式(用题中给的字母表示)_，根据实验数据绘出如图丁所示的图线，读出图线的截距为b，斜率为k，由此得出电池组的电动势E_，内电阻r_.(此小题全用题中所给的字母表示)【答案】如图所示(2)13.7(3)6某同学利用电压表和电阻箱测定一种特殊电池的电动势(电动势E在9 V左右，内阻r约为50 )已知该电池允许输出的最大电流为150 mA，该同学利用如图21所示的电路进行实验，图中电压表的内阻约为2 k，R为电阻箱，阻值范围09 999 ，R0是定值电阻，起保护电路的作用图21(1)实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格：A2 B20 C200 D2 000 本实验应选_作为保护电阻(填入相应的字母)(2)在图22的实物图中，已正确地连接了部分电路，请完成余下电路的连接图22(3)该同学完成电路的连接后，闭合开关S，调节电阻箱的阻值，读取电压表的示数，其中电压表的某一次偏转如图23所示，其读数为_图23(4)改变电阻箱阻值，取得多组数据，作出了如图24所示的图线，则根据该同学所作出的图线可求得该电池的电动势E为_V，内阻r为_.(结果保留两位有效数字)图24(5)用该电路测电动势与内阻，测量值和真实值的关系E测_E真，r测_r真(填“大于”“小于”或“等于”)【答案】(1)B(2)如图所示(3)6.5 V(4)1050(5)小于小于【解析】(1)电路中的电流最大为150 mA，电路中的总电阻最小为Rmin60 ，则保护电阻的最小值为R0Rminr10 ，故应选B(2)连接时要注意电压表的量程应选择15 V的量程，另外连线要画在接线柱上，连线尽量不要从实验仪器上过(3)电表的读数可以直接读出来，注意用的是15 V的量程(4)由题意有，UEr，化简后得出，由题图知0时，E10 V，图线的斜率为，则r(/)E50 .(5)依据可知，当0时，而在实验中不可能为零，故实验中测得的电动势EU(1r)小于真实值根据r(/)E得出的内阻r的值也偏小