高考物理 电学实验精讲精练 测定电源的电动势和内阻-人教版高三全册物理试题.doc

《高考物理 电学实验精讲精练 测定电源的电动势和内阻-人教版高三全册物理试题.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理 电学实验精讲精练 测定电源的电动势和内阻-人教版高三全册物理试题.doc（16页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、测定电源的电动势和内阻一、实验目的1掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法2学会用图象法求电源的电动势和内阻二、实验原理1实验依据闭合电路欧姆定律2实验电路(如图所示)3E和r的求解由UEIr，得：，解得：4作图法数据处理(如图所示)(1)图线与纵轴交点为E.(2)图线与横轴交点为I短.(3)图线的斜率绝对值表示r.三、实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等四、实验步骤1电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按图连接好电路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

2、同样方法测量出多组I、U值填入表格中4断开开关，拆除电路，整理好器材五、数据处理本实验中数据的处理方法：一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法.第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A方法一：联立六组对应的U、I数据，数据满足关系式U1EI1r、U2EI2r、U3EI3r让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小方法二：在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立UI坐标系，在坐标平面内描出各组(I，U)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，不在直线上的点大致均匀分布在直线两

3、侧，则直线与纵轴交点的纵坐标值即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率绝对值即为电池的内阻r，即r.六、注意事项1为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的干电池)2在实验时，电流不能过大，通电时间不能太长，以免对E与r产生较大影响3要测出不少于6组的(I，U)数据，且变化范围要大些，然后用方程组求解，并求平均值4画UI图线时，由于读数的偶然误差，描出的点不在一条直线上，在作图时应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度5由于干电池的内阻较小，路端电压U的变

4、化也较小，这时画UI图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)但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电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻七、误差分析1偶然误差(1)由读数不准和电表线性不良引起误差(2)用图象法求E和r时，由于作图不准确造成的误差(3)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化2系统误差由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差(1)如图甲所示，在理论上EU(IVIA)r，其中电压表示数U是准确的电源两端电压而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大结论：当电压表示数为

5、零时，IV0，IAI短，短路电流测量值真实值E测E真因为r测，所以r测r真从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测)，如图乙所示，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻R断开时，a、b两点间电压Uab等于电动势E测，此时电源与电压表构成回路，所以UabE真，即E测E真(2)若采用如图丙所示的电路，IA为电源电流真实值，理论上有EUUAIAr，其中UA不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，UA越大，当电流为零时，UA0，电压为准确值，等于E.结论：E为真实值I短测I短真 因为r测，所以r测r真，r测为r真和

6、RA的串联值，由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的测量误差非常大.一实验原理与操作典例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)图为正确

7、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.用图象法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，则可以_为纵坐标，以_为横坐标解析(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

8、用导线将a与d相连，c与g相连，f与h相连(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U rE，整理可得三种情况：，以为纵坐标，为横坐标，在直角坐标系中图象为一条直线；UEr，以U为纵坐标，为横坐标，在直角坐标系中图象为一条直线；R，以为纵坐标，R为横坐标，在直角坐标系中图象为一条直线答案(1)ADF(2)adcgfh(3)在选择实验电路时，也可根据内接法和外接法的选择方法去选择，只是现在的待测电阻是电源，如果电源内阻很小就用外接法，如果电源内阻很大就用内接法，滑动变阻器用的是限流法，要想调节方便，还能大范围调节，需要滑动变阻器的电阻比电源内阻大几倍就可二数据处理与误

9、差分析典例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_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

10、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(1)在电源的UI图线中，若两坐标轴均从零开始，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

11、电流，则r.三实验改进拓展创新1创新点分析以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性、设计性等特点2命题视角视角1实验方法、方案的选择根据题目所给仪器确定实验方案(伏安法、安阻法、伏阻法等)视角2实验器材的灵活选用如：定值电阻可以作为保护电阻定值电阻可以当电压表使用定值电阻可以当电流表使用电压表可以当小量程的电流表使用视角3图象法处理数据，并巧用数形结合得到实验所要测量的物理量典例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G改装的电流表A，V为标准电压表，E为待测电池组，S为开

12、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G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，应并联一只阻值为_(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V读数U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改装表A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

13、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解析(1)由串、并联电路的特点可得：R1 1.0 ；(2)从电源正极出发，沿电流的流向依次连线，注意电流要由两电表的正接线柱流入，由负接线柱流出；(3)EUI(r内R0)，则UI(r内R0)，所以(r内R0)5

14、.66 ，所以r内5.66 R01.66 ，逐差法处理实验数据的优点是可以充分利用已测得的数据，减小实验误差；(4)电压表的读数等于路端电压，所以电压表内阻对测量结果没有影响，选项A错误；滑动变阻器用来改变路端电压，对测量结果没有影响，选项B错误；若R1的实际阻值偏小，则电流表的实际量程偏大，电流表的读数比实际值偏小，电池组的内阻测量值偏大，选项C正确；R0的实际阻值偏大时，电池组的实际内阻比测量值偏小，选项D正确答案(1)1.0(2)如解析图所示(3)1.66充分利用已测得的数据(4)CD对点自测1为了测定电源电动势E、内电阻r的大小并同时描绘出小灯泡的伏安特性曲线，某同学设计了如图甲所示的

15、电路闭合开关，调节电阻箱的阻值，同时记录电阻箱的阻值R，电压表V1的示数U1，电压表V2的示数U2.根据记录数据计算出流过电阻箱的电流I，分别描绘了a、b两条UI图线，如图乙所示请回答下列问题：(1)写出流过电阻箱的电流I的表达式：_；(2)小灯泡两端电压随电流变化的图象是_(选填“a”或“b”)；(3)根据图乙可以求得电源的电动势E_V，内电阻r_，该电路中小灯泡消耗的最大功率为_W.解析：(1)首先要明白电路的组成：电源、开关、电阻箱、灯泡串联成闭合回路，电压表V1测灯泡两端电压，电压表V2测路端电压电阻箱两端电压为UU2U1，电阻箱阻值为R，所以流过电阻箱的电流I；(2)小灯泡两端电压随

16、电流的增大而增大，所以选图线b；图线a为电源路端电压随电路中电流变化的关系图线；(3)图线a与纵轴的交点为电源的电动势3.0 V，图线a的斜率为电源的内阻r2.0 ，图线a、b的交点表示U1U2，即电阻箱的阻值为0，此时小灯泡消耗的功率最大，PUI1.0 W.答案：(1)I(2)b(3)3.02.01.02某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻，考虑到水果电池组的内阻较大，为了提高实验的精确度，需要测量电压表的内阻实验器材中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表，该同学便充分利用这块电压表，设计了如图所示的实验电路，既能实现对该电压表的内阻的测量，又能利用该表完成水果电池组电动势和

17、内阻的测量，他用到的实验器材有：待测水果电池组(电动势约4 V，内阻约50 )、双向电压表(量程为2 V，内阻约为2 k)、电阻箱(09 999 )、滑动变阻器(0200 )，一个单刀双掷开关及若干导线(1)该同学按如图所示电路图连线后，首先测出了电压表的内阻请完善测量电压表内阻的实验步骤：将R1的滑动触头滑至最左端，将S拨向1位置，将电阻箱阻值调为0；调节R1的滑动触头，使电压表示数达到满偏；保持_不变，调节R2，使电压表的示数达到_；读出电阻箱的阻值，记为R2，则电压表的内阻RV_.(2)若测得电压表内阻为2 k，可分析此测量值应_真实值(填“大于”、“等于”或“小于”)(3)接下来测量水

18、果电池组的电动势和内阻，实验步骤如下：将开关S拨至_(填“1”或“2”)位置，将R1的滑动触片移到最_端，不再移动；调节电阻箱的阻值，使电压表的示数达到一个合适值，记录下电压表的示数和电阻箱的阻值；重复步骤，记录多组电压表的示数及对应的电阻箱的阻值(4)若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为R，作出图象，则可消除系统误差，如图所示，其中纵截距为b，斜率为k，则电动势的表达式为_，内阻的表达式为_解析：(1)由题图可知，当S拨向1位置，滑动变阻器R1在电路中为分压式接法，利用电压表的半偏法得：调节R1使电压表满偏，保持R1不变，R2与电压表串联，调节R2使电压表的示数达到半偏(或最大值的一半)，则

19、电压表的内阻Rv与电阻箱示数R2相同(2)由闭合电路欧姆定律可知，调节R2变大使电压表达到半偏的过程中，总电阻值变大，干路总电流变小，由EIrU外得U外变大，由电路知U外U并U右，滑动变阻器的滑动触头右侧分得的电压U右IR右变小，则U并变大，电压表半偏时，R2上分得的电压就会大于电压表上分得的电压，那么R2的阻值就会大于电压表的阻值(3)测水果电池组的电动势和内阻，利用伏阻法，S拨到2，同时将R1的滑动触头移到最左端利用EU1r，EU1r，联合求E、r.(4)由闭合电路欧姆定律得EUr，变形得，k，b，得E，r.答案：(1)R1半偏(或最大值的一半)R2(2)大于(3)2左(4)Er跟踪练习1

20、下列给出多种用伏安法测定电源电动势和内阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是()A测出两组I、U的数据，代入方程组EU1I1r和EU2I2r，求出E和rB多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值C测出多组I、U的数据，画出UI图象，再根据图象求出E、rD测出多组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r解析：选C.A中只测两组数据求出E、r，偶然误差较大；B中计算E、r平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D中分别求I、U的平均值是错误的做法2在测一节干电池(电动势约为1.5 V，内阻约为2

21、 )的电动势和内阻的实验中，电压表和变阻器各有两个供选择：A电压表量程为15 VB电压表量程为3 VC变阻器为(020 ，3 A)D变阻器为(0500 ，0.2 A)电压表应该选_(填“A”或“B”)，这是因为_.变阻器应该选_(填“C”或“D”)，这是因为_.解析：待测干电池电动势约为1.5 V，而A电压表量程为15 V，若用A则很难精确读数，误差太大；D变阻器电阻太大而额定电流过小，调节不方便答案：BA电压表量程过大，读数误差较大CD变阻器电阻太大而额定电流过小，调节不方便3要精确测量一个直流电源的电动势和内阻，给定下列实验器材：()A待测电源(电动势约为4.5 V，内阻约为2 )B电流表

22、A1(量程0.6 A，内阻为1 )C电压表V1(量程15 V，内阻为3 k)D电压表V2(量程3 V，内阻为2 k)E定值电阻R1500 F定值电阻R21 000 G滑动变阻器R(阻值范围020 )H开关及导线(1)该实验中电压表应选_(填选项前面的序号)，定值电阻应选_(填选项前面的序号)(2)在方框中画出实验电路图(3)若将滑动变阻器滑到某一位置，读出此时电压表读数为U，电流表读数为I，从理论上分析，电源电动势E和内阻r间的关系式应为E_.解析：(1)待测电源的电动势约为4.5 V，用量程为15 V的电压表V1误差大，选用量程3 V的电压表V2，需串联电阻扩大量程，串联的定值电阻RRV1

23、k；(2)如图所示(3)由闭合电路的欧姆定律，对甲图，有EU(1 r)I，对乙图，有EUr答案：(1)DF(2)见解析图(3)EU(1 r)I或EUr4如图所示电路，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：A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

24、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_.解析：(1)由于一节干电池的电动势为1.5 V，故选量程为3 V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几欧左右，加上保护电阻，最大电流在0.5 A左右，所以选量程为0.6 A的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；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)系统误差一般是由测量工

25、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5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：(i)将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；(ii)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；(iii)以U为纵坐标，I为横坐标，作UI图

26、线(U、I都用国际单位)；(iv)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(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_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

27、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的测量值解析：(1)电压表内阻越大，分得的电流越小，误差也就越小，所以选内阻较大的A电压表；当滑动变阻器接入电路阻值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C电流表(2)由电路分析可知，滑片从左向右滑动，电压表示数变大，意味着滑动变阻器接入电路部分的阻值增大，一导线接金属杆左端，一导线接电阻丝左端，则滑片从左向右滑动时阻值增大，符合题意(3)由EUI(rR2)，得UI(rR2)E，对比UI图线可知，图象斜率的绝对值krR2，所以电源内阻rkR2；令U0

28、，得I，图线在横轴上的截距为a，所以aI，则Eka.答案：(1)AC(2)C(3)kakR26某同学要测定一电源的电动势E和内电阻r，实验器材有：一只DIS电流传感器(可视为理想电流表，测得的电流用I表示)，一只电阻箱(阻值用R表示)，一只开关和导线若干该同学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集数据(1)该同学设计实验的原理表达式是E_(用r、I、R表示)(2)该同学在闭合开关之前，应先将电阻箱调到_(填“最大值”、“最小值”或“任意值”)，实验过程中，将电阻箱调至如图乙所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为_.(3)该同学根据实验采集到的数据作出如图丙所示的 R图象，则由图象可求得，该电源的

29、电动势E_V，内阻r_.(结果均保留两位有效数字)解析：(1)根据闭合电路欧姆定律，该同学设计实验的原理表达式是EI(Rr)(2)根据实验的安全性原则，在闭合开关之前，应先将电阻箱调到最大值根据电阻箱读数规则，电阻箱接入电路的阻值为210 11 21 .(3)由EI(Rr)可得Rr. R图象斜率等于，E6.3 V，图象在纵轴截距等于r，r2.5 .答案：(1)I(Rr)(2)最大值21(3)6.3(6.16.4)2.5(2.42.6)7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(099.9

30、9 )，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所示的电路，他接下来的操作是：a拨动电阻箱旋钮，使各旋钮盘的刻度处于如图甲所示的位置后，将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(电压表的示数如图乙所示)，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_，图乙所示的电压表读数为_V由此可算出定值电阻R1的阻值为_.(计算结果取3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，绘出了如图丙所示的 图象由此可求得该电池组的电动势E及内阻r，其中E_V，电源内阻r_.(计算结果保留2位小数)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 .答案：(1)20.002.805.45(2)2.860.2616