2020新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律3闭合电路的欧姆定律实验研析练含解析 人教版必修第三册 5页

闭合电路的欧姆定律 类型一　实验操作 ‎【典例1】在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中。‎ 备有如下器材 ‎ A.干电池1节 B.滑动变阻器(0～20Ω)‎ C.滑动变阻器(0～1kΩ)‎ D.电压表(0～3V)‎ E.电流表(0～0.6A)‎ F.电流表(0～3A)‎ G.开关、导线若干 ‎(1)其中滑动变阻器应选　　　　,电流表应选　　　　。(只填器材前的序号)‎ ‎(2)为了最大限度地减小实验误差,请在虚线框中画出该实验最合理的电路图。‎ ‎(3)某同学根据实验数据画出的U-I图像如图所示,由图像可得电池的电动势为 ‎　　　　V,内电阻为　　　　Ω。‎ ‎【解题探究】‎ 仪器选择的原则是什么?‎ 提示:(1)根据已知电动势估算出电流值。‎ ‎(2)选择最大量程等于要测量值的2倍。如:已知电压为1.5伏,可选择量程为3.0伏挡。以此类推。‎ ‎【解析】(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好,在该实验中因电源内阻比较小,故滑动变阻器选择较小一点的即可,故滑动变阻器应选B(也可以从便于调节的角度来分析,应该选择阻值较小的滑动变阻器)。电流表的量程要大于电源允许通过的电流,对于电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5A,故需要选择0～0.6A,所以电流表应选E。‎ ‎(2)电路图如图所示。‎ - 5 -‎ ‎(3)由U-I图像可知:纵截距为1.5V,故电池的电动势为1.5V;内电阻r==Ω=1Ω。‎ 答案:(1)B　E　(2)见解析　(3)1.5　1‎ 类型二　实验数据处理 ‎【典例2】某兴趣小组的同学制作了一个“水果电池”:将一铜片和一锌片分别插入一苹果内,就构成了一个简单的“水果电池”,其电动势约为1.5V,内阻约为几百欧,现要求用量程合适的电压表(内阻几千欧)、电流表(内阻十几欧)来测定水果电池的电动势E和内阻r。 ‎ ‎(1)本实验的电路应该选择图　　　　(选填“甲”或“乙”);‎ ‎(2)若给出的滑动变阻器有两种规格:A.(0～20Ω)、B.(0～3kΩ),本实验中应该选用的滑动变阻器为　　　　,通电前应该把滑动变阻器的阻值调至　　　　(选填“最大”或“最小”);‎ ‎(3)实验中测出六组(U,I)的值,在U-I坐标系中描出图丙所示的六个点,分析图中的点迹可得出水果电池的电动势为E=　　　　V,内阻为r=　　　　Ω。(均保留三位有效数字)‎ ‎(4)根据在(1)中所选择的电路测量得出的电动势E和内阻r的测量值与真实值相比,电动势E　　　　,内阻r　　　　(均选填“偏大”“相等”或“偏小”),由此造成的实验误差属于　　　　误差(选填“系统”或“偶然”)。‎ ‎【解题探究】‎ ‎(1)选择图甲或图乙的依据是什么?‎ - 5 -‎ 提示:图甲中误差的来源是电流表有内阻,路端电压小于真实值,实际测量的电动势等于真实值,实际测出的电阻是电流表内阻和电源内电阻之和,因为“水果电池”的内阻很大,远大于电流表的内阻,所以选择图甲。‎ ‎(2)滑动变阻器选择的依据是什么?‎ 提示:调节滑动变阻器时要使电路中的电流变化明显,电压表的示数变化明显,因为水果电池的内阻约为几百欧,要想使电路中的电流变化明显,滑动变阻器应选择B。‎ ‎【解析】(1)“水果电池”的内阻很大,远大于电流表内阻,为减小误差,应选择题图甲所示电路(电流表内接法)。‎ ‎(2)由题意可知,“水果电池”的内阻很大,若选用0～20Ω的滑动变阻器,当滑动触头移动时,电表的读数几乎不变,无法多次测量,使实验的误差较大;为了减小实验误差,应选用最大阻值较大的滑动变阻器B,在闭合开关前,应把滑动变阻器的阻值调到最大。‎ ‎(3)图线的纵截距等于电源的电动势,U-I图线的纵截距为1.50V,故水果电池的电动势E=1.50V,图线斜率的绝对值等于内阻,r=Ω=500Ω。‎ ‎(4)由于电流表的分压,使得路端电压存在误差,而电流没有误差,运用图像法分别在U-I图上由测量数据作出图线1和修正误差后由真实值作出图线2,由图看出,电动势没有系统误差,即电动势测量值与真实值相等,内阻的测量值偏大,该实验误差属于系统误差。‎ 答案:(1)甲　(2)B　最大　(3)1.50　500‎ ‎(4)相等　偏大　系统 ‎【总结提升】数据处理的方法与技巧 ‎(1)在实验中经常用图像来处理所得的数据,这样误差相对小一些。‎ ‎(2)在U-I图像中,纵截距代表电源的电动势,斜率代表电源的内阻。‎ 类型三　实验创新 ‎【典例3】为测定某旧干电池的电动势和内阻,实验室提供了如下器材: ‎ A.旧干电池一节;‎ B.电压表(视为理想电压表,量程为0～3V);‎ C.电阻箱R(0～999.9Ω);‎ - 5 -‎ D.定值电阻R0=10Ω;‎ E.多用电表;‎ F.开关、导线若干。‎ ‎1.实验创新的思路 ‎(1)改变测量电路电流的方法。‎ ‎(2)改变测量路端电压的方法。‎ ‎2.实验步骤 ‎(1)闭合开关,读出电压表的示数U1和电阻箱的示数R1。‎ ‎(2)改变电阻箱的阻值,多次测量,分别读出电阻箱的阻值R2、R3、R4……电压表的示数U2、U3、U4……‎ ‎(3)计算出电路中电流的示数,,,‎ ‎(4)利用闭合电路的欧姆定律列方程 E=(r+R0+R)‎ ‎(5)将旧干电池接入如图甲所示的电路,规范操作得到如图乙所示的图像。该同学所描绘的图像中,横坐标表示的是A。‎ A.R　　　　B.　　　　C.‎ ‎(6)按照(5)中所选的横坐标,已知图像的斜率为k,纵截距为b,则旧干电池的电动势E=,内阻r=-R0(用k、b、R0表示)‎ 提示:(5)U=IR0=R0,变形得:=++,故应作出-R图像;‎ ‎(6)根据题图乙可知,b=+,k=,解得:E=,r=-R0。‎ ‎【创新评价】‎ - 5 -‎ 创新角度 创新方案 电流的测量 测量定值电阻两端的电压,利用欧姆定律计算出电路中的电流。‎ 路端电压表示方法 电压表的示数不是路端电压,路端电压为(R0+R)‎ 数据处理方法 利用原理式变形,得出与R的关系式,通过求直线的斜率和纵轴的截距来求出电源的电动势和内电阻。‎ - 5 -‎