高考物理一轮复习实验增分专题10测定电源的电动势和内阻学案.doc

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1、1 / 11【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习实验增分专题精选高考物理一轮复习实验增分专题 1010测定电源的电动势和内阻学案测定电源的电动势和内阻学案考纲要求考情分析命题趋势测定电源的电动势和内阻2017天津卷，92016四川卷，8高考对本实验的考查主要侧重于以下四个方面：1.实验原理的理解；2.实验电路的设计(实验电路的补充连线)；3.实验数据的处理(尤其是结合解析式分析图象)；4.实验误差的分析知识梳理夯实基础一、实验流程二、注意事项1可选用旧电池：为了使电路的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的 1 号干电池2电流不要过大，读数要快：干电池在大

2、电流放电时，电动势E 会明显下降，内阻 r 会明显增大因此，实验中不要将 I 调得过大，读电表要快，每次读完立即断电3计算法求 E、r：要测出不少于 6 组 I、U 数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的 I、U 数据中，第 1 和第 4 为一组、第 2 和第 5 为一组、第 3 和第 6 为一组，分别解出 E、r 值再求平均值4合理选择标度：为使图线分布空间大，如图乙所示，纵坐标可以不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，电源的内阻不能用 r确定，应根据 r确定三、误差分析2 / 111用图象法求 E 和 r 时作图不准确2由于电流表或电压表的分压或分流存在系统误差3本实验

3、中测量结果是：E 测E 真，r 测r 真核心考点分层突破考点 1 实验步骤和实验器材的选择例 1用如图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 3 V，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 为橫坐标，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_

4、A_；电流表最好选用_C_.A电压表(03 V，内阻约 15 k)B电压表(03 V，内阻约 3 k)C电流表(0200 mA，内阻约 2 )D电流表(030 mA，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_C_.A两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱3 / 11B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_

5、ka_，r_kR2_，代入数值可得 E 和 r 的测量值解析 (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电流最大，此时通过电流表电流大小约为 I176 mA，所以选量程为 200 mA 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 Im.由题意知与横轴截距为 a，所以 aIm，则Eka.考点 2 数据处理和误差分析

6、例 2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_0.44_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)1.451.351.271.161.06I/(A)0.120.200.280.360.444 / 11请根据表中的数据，在坐标纸上作出 UI 图线由图线求得：电动势 E_1.61(1.591.63 都算对)_V；内阻r_1.24(1.221.26 都算对)_.(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_见解析_.解析 (1)电流表选用量程为 00.6 A，分度值为 0

7、.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，由图线的斜率的绝对值1.24 知，电池内阻为 1.24 .注意此处不要用图象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，导致实验误差增大考点 3 实验改进与创新方法一 安阻法(1)实验原理用一个电流表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为EI1(R1r)，EI2(R2r)，由此可求出 E 和 r，此种方法测得的是虚线方框内等效电源的电动势和内阻，测得的电动

8、势无偏差，内阻偏大若已知电流表 A 的阻值可消除测内阻的系统误差(2)图象法处理数据例 3某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池该同学想测量一下这个电池的电动势 E 和内电阻 r，但是从实验室只借到5 / 11一个开关、一个电阻箱(最大阻值为 999.9 ，可当标准电阻用)、一只电流表(量程 Ig0.6 A，内阻 rg0.1 )和若干导线(1)请根据测定电动势 E 和内电阻 r 的要求，设计图甲中器材的连接方式，把它们连接起来(2)闭合开关，逐次改变电阻箱的阻值 R，读出与 R 对应的电流表的示数 I，并作记录当电阻箱的阻值 R2.6 时，其对应的电流表的示数如同乙所示处理实验数据时，首先计

9、算出每个电流值 I 的倒数；再制作 R坐标图，如图丙所示，图中已标注出了(，R)的几个测量对应的坐标点，请你将与图乙实验数据对应的坐标点也标注在图丙上(3)在图丙上把描绘出的坐标点连成图线丙(4)根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E_1.52(1.461.54)_V，内阻 r_0.3(0.250.35)_.解析 (1)把各器件直接串联即可(2)当 R2.6 ，由题图乙可知 I0.5 A，2 A1，坐标为(2,2.6)(3)图线是一条倾斜的直线连线时不能连成折线；为减小偶然误差，个别偏离太远的点舍去(4)由闭合电路的欧姆定律得 EI(Rrrg)，则 R(rrg)，故图线的斜率 k 表示电

10、池电动势 E 的大小，纵轴截距的绝对值表示(rrg)Ek V1.52 V(1.461.54 V 范围内均正确)，r0.3 .(0.250.35 均正确)方法二 伏阻法6 / 11(1)实验原理用一个电压表和电阻箱测量，电路如图所示；测量原理为EU1r，EU2r，由此可求出 r 和 E，此种方法测得的是虚线方框内等效电源的电动势和内阻，测得的电动势和内阻均偏小(2)图象法处理数据1 E1 U例 4某同学用如图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 为电阻箱干电池的工作电流不宜超过 0.5 A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

11、值范围 0999.9 )；开关、导线若干(1)请根据图甲的电路图在图乙中画出连线，将器材连接成实验电路甲乙(2)实验时，改变电阻箱 R 的值记录电压表的示数 U，得到若干组 R、U 的数据根据实验数据绘出如图丙所示的图线由图象得出电池组的电动势 E_2.86(2.852.87 均可)_V，内阻r_6.07(6.066.08 均可)_.丙(3)关于这个实验中存在的误差以及减小误差的各种方法，下列说法正确的是( CD )A电压表的分流作用引起的误差属于偶然误差B该同学读电压表读数引起的误差属于系统误差C本实验用图象法处理数据可以减小偶然误差D如果将电压表的内阻计算在内就可以减小系统误差7 / 11

12、解析 (1)如下图所示(2)根据闭合电路欧姆电率律得 EU，变换为，结合图象可得图线斜率2.125，图线在纵轴上截距0.35.解得电动势 E2.86 V，内阻 r6.07 .(3)电压表的分流作用引起的误差属于系统误差，选项 A 错误；该同学读电压表读数引起的误差属于偶然误差，选项 B 错误对应演练迁移运用1(2018安徽四校摸底考试)下列器材组装一个电路，既能测量出电池组的电动势 E 和内阻 r，又能同时描绘小灯泡的伏安特性曲线A电压表 V1(量程 6 V，内阻很大)B电压表 V2(量程 4 V，内阻很大)C电流表 A(量程 3 A，内阻很小)D滑动变阻器 R(最大阻值 10 ，额定电流 4

13、 A)E小灯泡(2 A,7 W)F电池组(电动势 E，内阻 r)G开关一只，导线若干实验时，调节滑动变阻器的阻值，多次测量后发现：若电压表V1 的示数增大，则电压表 V2 的示数减小(1)请将设计的实验电路图在图甲中补充完整(2)每一次操作后，同时记录电流表 A、电压表 V，和电压表 V2的示数，组成两个坐标点(I，U1)、(I，U2)，标到 UI 坐标中，经过多次测量，最后描绘出两条图线，如图乙所示，则电池组的电动势 E_5.5_V、内阻 r_1.0_.(结果保留两位有效数字)(3)在 UI 坐标中两条图线在 P 点相交，此时滑动变阻器连入8 / 11电路的阻值应为_64%_，电池组的效率为

14、_64%_.(结果保留两位有效数字)解析 (1)在伏安法测电源电动势与内阻实验中，电压表测路端电压，电压表示数随滑动变阻器接入电路阻值的增大而增大；在描绘小灯泡的伏安特性曲线实验中，电流表测流过灯泡的电流，灯炮两端电压随滑动变阻器接入电路电阻的增大而减小本实验中调节滑动变阻器接入电路中的电阻变大时，电压表 V1 的示数增大，电压表 V2 的示数减小，则 V1 测路端电压，V2 测灯泡两端电压(2)电源的 UI 图象是一条倾斜的直线，由题图乙可知，电源电动势E5.5 V，电源内阻 r 1.0 .(3)由题图乙所示图象可知，P 为两图象的交点，此时两电压表的示数相同，此时滑动变阻器接入电路的电阻为

15、 0，可知此时灯泡两端电压 UL3.5 V，通过的电流 I2.0 A，小灯泡此时的电阻为RL1.75 .电池组的效率为 100%64%.2(2017江苏常州模拟)在用伏安法测电池电动势和内阻的实验中，一位同学记录了 6 组数据，如下表所示.组别123456I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05(1)根据数据和实验要求选定所给仪器：电流表量程选_00.60_A，电压表量程选_03.00_V，滑动变阻器选_010_.干电池(E1.5 V)；直流电流表(00.60 A，内阻 0.1 )，(03.00 A，内阻9 / 110.02

16、)；直流电压表(03.00 V，内阻 5 k)，(015.0 V，内阻 25 k)；滑动变阻器(010 ，允许最大电流 1.00 A)；滑动变阻器(01 000 ，允许最大电流 0.60 A)；开关一个，导线若干(2)在图甲中用笔画线连接实验电路(3)根据记录数据在图乙所示的坐标纸上作 UI 图线，并根据图线求出 E_1.45_V(1.421.48_V 均可)_，r_0.70_(0.650.75_ 均可)_.(4)利用 UI 图线分析，测量结果与真实值比较，电动势_偏小_，内阻_偏小_.(选填“偏大” “相等”或“偏小”)解析 (1)根据记录数据和电源、电压有效数字位数，电流表选00.60 A

17、 量程，电压表选 03.00 V 量程，滑动变阻器选择 010 .(2)如图甲所示(3)如图乙所示描点作图，由图可得纵轴的截距为 1.45 V，图线的斜率为内阻，即 r0.70 .(4)因电压表分流，测量的电流比干路上实际电流小，选取相同的路端电压，重新描点，实际的点应该水平向右平移，作出新的图线，如图中虚线所示当外电路短路时，电压表不再分流，故横轴截距的短路电流不变与原图相比，可见电动势偏小，直线斜率的绝对值也偏小，即电池内阻也偏小3(2017天津卷)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 r11.0 k，电阻10 / 11R19.0 k，为了方便读

18、数和作图，给电池串联一个 R03.0 的电阻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_aa_导线断开；若读数为零，则一定是_bb_导线断开排除故障后，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，作出图象如图由 I1I2 图象得到电池的电动势 E_1.4_V，内阻r_0.5_解析 用多用电表的电压挡测 Uab0，说明两表笔与电源两极间为通路，问题出在

19、a、b之间的含有电键的电路部分；若 Uaa0，说明 aa导线断路，若 Uaa0，说明导线 bb断开由于 I2I1，故可将 I2 视为干路电流，则有I1(R1r1)EI2(rR0)则 I1I2，故从图线的截距和斜率可求得 E1.4 V，r0.5 .4老师要求同学们测出一待测电源的电动势及内阻，所给的实验器材有：待测电源 E，定值电阻 R1(阻值未知)，电压表 V(量程为 3.0 V，内阻很大)，电阻箱 R(099.99 )，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关 S2，导线若干某同学连接了一个如图甲所示的电路，他接下来的操作是：11 / 11a拨动电阻箱旋钮，使各旋钮盘的刻度处于如图乙所示的位置后，将

20、S2 接到 A，闭合 S1，记录下对应的电压表示数为 2.20 V，然后断开 S1；b保持电阻箱示数不变，将 S2 切换到 B，闭合 S1，记录此时电压表的读数(电压表的示数如图丙所示)，然后断开 S1.(1)请你解答下列问题：图甲所示电阻箱的读数为_20.00_，图丙所示的电压表读数为_2.80_V.由此可算出定值电阻 R1 的阻值为_5.45_.(计算结果取三位有效数字)(2)在完成上述操作后，该同学继续以下的操作：将 S2 切换到 A，多次调节电阻箱，闭合 S1，读出多组电阻箱的示数 R 和对应的电压表示数 U，由测得的数据，绘出了如图丁所示的图象由此可求得该电池组的电动势 E 及内阻 r，其中E_2.86_V，电源内阻 r_0.26_.(计算结果保留两位有效数字)解析 (1)电阻箱的读数等于各挡位的电阻之和，为 20.00 ；电压表读数应估读一位，为 2.80 V；根据部分电路欧姆定律可得，解得 R1 的阻值约为 5.45 .(2)由图象可知当 R 无穷大时，R 两端的电压近似等于电源的电动势，即0.35 V1，解得 E2.86 V；根据欧姆定律可得，解得r0.26 .