【物理】2019届一轮复习人教版　实验10　测定电源的电动势和内阻学案 18页

实验十　测定电源的电动势和内阻 ‎(对应学生用书第152页)‎ 一、实验目的 ‎1．测定电源的电动势和内阻．‎ ‎2．掌握用图象法求电动势和内阻．‎ 二、实验原理 ‎1．实验依据：闭合电路欧姆定律．‎ ‎2．实验电路：如图实101‎ 图实101‎ ‎3．E和r的求解 由U＝E－Ir 得：，解得： ‎4．作图法处理数据，如图实102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＝||.‎ 图实102‎ 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、铅笔．‎ 四、实验步骤 ‎1．电流表用‎0.6 A量程，电压表用3 V量程，按实验电路图连接好电路．‎ ‎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)．用同样方法测量几组I、U值．填入表格中．‎ 锦囊妙诀：滑动变阻为外电阻，列表记录两表读数，电压变化便于作图，U轴起点要看清楚，求解E、r要用UI图．‎ ‎4．断开开关，拆除电路，整理好器材．‎ 五、数据处理 ‎1．数据记录：设计表格，将测得的几组U、I值填入表格中．‎ 第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组 U/V I/A ‎2．数据处理 方法一：列方程组求解电动势和内阻的大小．‎ ‎①　②　③ 根据以上三组方程分别求出E、r，再取其平均值作为电源的电动势E和内阻r.‎ 方法二：用图象法处理数据．‎ 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)，直线斜率的绝对值即为电池的内阻r，即r＝||.‎ 六、误差分析 ‎1．偶然误差 ‎(1)读数不准引起误差．‎ ‎(2)用图象法求E和r时，由于作图不准确造成误差．‎ ‎2．系统误差 由于电压表的分流作用造成误差．‎ 甲 乙 图实103‎ 结论：‎ ‎①E测I2，解得r＝＞＝R0，即测得的电动势比实际值偏小．‎ ‎[答案](1)C ‎(2)如图 ‎(3)R0‎ ‎(4)小 考点三| 实验拓展与创新 视角1：实验方法、方案的拓展(一电表，一电阻箱法)‎ 实验电路 实验原理 E＝I1(R1＋r)‎ E＝I2(R2＋r)‎ E＝ r＝ E＝U1＋r E＝U2＋r E＝ r＝ 图象 ＝R＋r R＝E·－r ＝·＋ 视角2：实验器材的灵活选用 如：①定值电阻可以作为保护电阻 ‎②定值电阻可以当电压表使用 ‎③定值电阻可以当电流表使用 ‎④内阻已知的电压表可以当小量程的电流表使用 创新点1　测量水果电池的电动势和内阻 ‎1．(2018·宁波模拟)众所周知，将两个金属电极铜、锌插入一个水果中就可以做成一个水果电池(如图实107甲所示)．水果电池的电动势大约为1 V，但由于内阻偏大，日常生活中我们很少用水果电池．那么水果电池的电动势和内阻到底有多大呢？某学习小组的同学就此进行探究．‎ ‎(1)A同学用量程为0～1 V、内阻约10 kΩ的电压表测其两极时读数为0.74 V，用灵敏电流表直接接水果电池的两极，测得电流为0.55 mA，由闭合电路欧姆定律得电池的内阻r＝＝ Ω＝1.3 kΩ.B同学把欧姆表直接接到水果电池的两极上，读得欧姆表的读数为84 Ω.因而A同学说水果电池的内阻为1.3 kΩ，而乙同学则说是84 Ω.‎ 请你判断A、B两位同学测得的水果电池的内阻是否准确，为什么？请选一位同学进行说明．______________________________________.‎ ‎(2)C同学利用课本上介绍的伏安法测水果电池的电动势和内阻，电路图如图乙所示．图丙是C同学根据测量数据在坐标纸上作出的U随I变化的关系图象．由图象可得水果电池的电动势为________V(计算结果保留两位小数)，内阻为________Ω(计算结果保留两位有效数字)．C同学在某次实验时发现电压表坏了，但他利用现有器材采用图象法同样测出了水果电池的电动势和内阻，则C同学在利用图象法处理数据时作出的是________随________变化的关系图象. ‎ 图实107‎ ‎[解析](1)A同学测量结果不准确，因电压表内阻不是无穷大，测量结果不是水果电池的电动势，要小于真实电动势，同时由于电流表内阻不能忽略，所测短路电流也不准确；B同学的测量结果也不准确，因水果电池本身有电动势，与欧姆表里的电源相互影响使所测的内阻值不准确．‎ ‎(2)由作出的U随I变化的关系图象可知，水果电池的电动势为E＝0.72 V，内阻为r＝ Ω＝1.1×103 Ω；电压表坏了，可以借助电流表和电阻箱完成实验，由E＝IR＋Ir得＝R＋，故可以作出随R变化的关系图象进行分析．‎ ‎[答案](1)A同学：不准确．因水果电池内阻较大，电压表测量值小于水果电池的电动势(或B同学：不准确．因水果电池本身有电动势，当用欧姆表直接接水果电池的两极时，欧姆表内部的电源和水果电池串联，影响测量的结果) ‎ ‎ (2)0.72　1.1×103　　R 创新点2　利用 R图象处理数据 ‎2．(2018·温州模拟)小明利用如图实108甲所示的电路，完成了对电动势约为1.5 V、内阻约为几欧姆的电源的电动势和内阻的测定．其中R为电阻箱，R0为阻值为150 Ω的定值电阻．小明连接好电路后，通过调节电阻箱的阻值，读出了8组电压表的读数以及相对应的电阻箱的阻值，并以电压的倒数为纵坐标、电阻箱的阻值R为横坐标，把记录的数据描绘在了坐标系中，如图乙所示．‎ 图实108‎ ‎(1)如果电源的电动势用E表示、电源的内阻用r表示，则关于R的表达式应为________．(用E、r、R0表示)‎ ‎(2)请在图乙所示的坐标系中画出图线，并根据画出的图线求出该图线的斜率k＝________V－1·Ω－1，图线与纵轴交点的纵坐标为b＝________V－1.(结果保留两位有效数字)‎ ‎(3)结合写出的函数表达式以及图线可知该电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(结果保留三位有效数字)‎ ‎[解析](1)由闭合电路欧姆定律得＝，解得＝R＋.‎ ‎(2)将明显错误的点舍掉，画线时应使尽可能多的点落在直线上，不能落在直线上的点均匀地分布在直线的两侧，如图所示；由图可知，斜率k＝0.004 4 V－1·Ω－1，图线与纵轴交点的纵坐标为b＝0.70 V－1.‎ ‎(3)由＝R＋得，k＝，b＝，又R0＝150 Ω，解得E＝1.52 V，r＝9.60 Ω.‎ ‎[答案](1)＝R＋　(2)见解析　0.004 4　0.70　(3)1.52　9.60‎ 创新点3　先电表改装再测电动势和内阻 ‎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，实验原理如图实109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 Ω的定值电阻．‎ ‎(1)已知灵敏电流计的满偏电流Ig＝100 μA、内阻rg＝2.0‎ ‎ kΩ，若要改装后的电流表满偏电流为200 mA，应并联一只________Ω(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109‎ ‎(3)某次实验的数据如下表所示：‎ 测量次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ 电压表 ‎ 读数U/V ‎5.26‎ ‎5.16‎ ‎5.04‎ ‎4.94‎ ‎4.83‎ ‎4.71‎ ‎4.59‎ ‎4.46‎ 改装表 ‎ 读数I/mA ‎20‎ ‎40‎ ‎60‎ ‎80‎ ‎100‎ ‎120‎ ‎140‎ ‎160‎ 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＝________Ω(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 C．R1的实际阻值比计算值偏小 D．R0的实际阻值比标称值偏大 ‎[解析](1)由电流表的改装知识可知，R1＝＝ Ω≈1.0 Ω.‎ ‎(2)见答案图 ‎(3)根据闭合电路欧姆定律结合逐差法可知 r1＝－R0，r2＝－R0，‎ r3＝－R0，r4＝－R0.‎ 故r＝ ‎＝－R0‎ ‎＝[ ‎－4.0]Ω≈1.66 Ω.‎ 逐差法在计算中体现的主要优点是：充分利用已测得的数据．‎ ‎(4)根据题意可知，内阻的测量值为r测＝－R0，因此，电压表的内阻、滑动变阻器的阻值对测量结果无影响．若R1的实际值比计算值偏小，则改装后的电流表示数偏小，导致内阻测量值偏大．根据内阻测量值的表达式可知，R0的实际值比标称值偏大，也会导致内阻测量值偏大．故选C、D.‎ ‎[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 ‎[随堂训练]‎ ‎1．用电流表和电压表测电源的电动势和内阻．‎ ‎(1)画出实验电路图．(电源内阻很小)‎ 图实1010‎ ‎(2)如图实1010所示是根据两个电源的测量数据绘制的图线．由图可知：图线与U轴的交点表示________，电源Ⅰ的内阻________(填“大于”、“等于”或“小于”)电源Ⅱ的内阻．‎ ‎(3)图中两直线Ⅰ、Ⅱ的交点表示两个电路中________相等. ‎ ‎ [解析](1)如图所示 ‎(2)纵轴截距表示电源的电动势，直线斜率的绝对值表示电源内阻，图线Ⅱ比图线Ⅰ陡一些，故电源Ⅰ的内阻小于电源Ⅱ的内阻．‎ ‎(3)Ⅰ、Ⅱ的交点表示外电路电压、电流都相同，说明外电路的电阻、消耗的电功率相同．‎ ‎[答案]　见解析 ‎2．在测定电源电动势和内电阻的实验中，实验室提供了合适的实验器材．‎ 图实1011‎ ‎(1)甲同学按图实10‎11a中的实线连接电路进行实验，其中定值电阻的作用是________．由电压表读数U和电流表读数I，画出UI图线如图b所示，可得电源的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.(结果保留两位有效数字)‎ ‎(2)乙同学因为粗心，多连接了一根导线，如图a中的虚线所示．由电压表的读数U和电流表的读数I，画出UI图线如图c所示．乙同学分析了图象出现异常的原因后，认为由图c也可以达到实验目的，则由图c可得电源的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.(结果保留两位有效数字)‎ ‎[解析](1)定值电阻在电路中主要起到保护电路的作用；根据U＝E－Ir可知，图象与纵轴的交点表示电动势，故E＝2.8 V；图象的斜率表示内电阻：r＝ Ω＝0.60 Ω.‎ ‎(2)由乙同学的电路接法可知，滑动变阻器左右两部分并联后与定值电阻R2串联，则可知，在滑片移动过程中，滑动变阻器接入电阻先增大后减小，则路端电压先增大后减小，所以出现图c所示的图象，则由图象可知，当电压为2.5 V时，电流为‎0.5 A，此时两部分电阻相等，则总电流为I1＝‎1.0 A；而当电压为2.4 V时，电流分别对应‎0.33 A和‎0.87 A，则说明当电压为2.4 V时，干路电流为I2＝(0.33＋0.87) A＝‎1.2 A；则根据闭合电路欧姆定律可得：2.5＝E－1.0r,2.4＝E－1.2r，解得：E＝3.0，r＝0.50.‎ ‎[答案](1)保护电路　2.8　0.60　(2)3.0　0.50‎ ‎3．用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx.已知电池的电动势约6 V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧．可选用的实验器材有：‎ 电流表A1(量程0～30 mA)‎ 电流表A2(量程0～100 mA)‎ 电压表V (量程0～6 V)‎ 滑动变阻器R1(阻值0～5 Ω)‎ 滑动变阻器R2(阻值0～300 Ω)‎ 开关S一个，导线若干条 ‎　‎ 甲 乙 图实1012‎ 某同学的实验过程如下：‎ Ⅰ.设计如图实1012甲所示的电路图，正确连接电路．‎ Ⅱ.将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录．以U为纵轴，I为横轴，得到如图乙所示的图线．‎ Ⅲ.断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变．重复Ⅱ的步骤，得到另一条UI图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0,0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)．‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)电流表应选用______，滑动变阻器应选用______．‎ ‎(2)由图乙的图线，得电源内阻r＝________Ω.‎ ‎(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx＝________，‎ 代入数值可得Rx.‎ ‎(4)若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围________，电压表示数变化范围________．(选填“相同”或“不同”) ‎ ‎ [解析](1)由题UI图线可知电流表量程应为0～100 mA，故选A2.路端电压大于5.5 V，而电源电动势E＝6 V，故R外≫r，则滑动变阻器选R2.(2)由题图得：r＝＝25 Ω.(3)Rx＋r＝，Rx＝－r.(4)电流I＝，r＋Rx一定，R从300 Ω变到某同一阻值，电流变化范围相同．Rx接AB间时，U＝(R＋Rx)，Rx接BC间时，U′＝R，故两种情况下电压变化不同．‎ ‎[答案](1)A2　R2　(2)25　(3)－r ‎(4)相同　不同