（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第52課時 測定電源的電動勢和內(nèi)阻（實驗增分課）講義（含解析）

（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第52課時 測定電源的電動勢和內(nèi)阻（實驗增分課）講義（含解析）一、實驗?zāi)康?測定電源的電動勢和內(nèi)阻。2加深對閉合電路歐姆定律的理解。二、實驗原理1如圖甲或乙所示，改變R的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組I、U值，利用閉合電路的歐姆定律求出幾組E、r值，最后分別算出它們的平均值。2.用圖像法處理數(shù)據(jù)，在坐標紙上以I為橫坐標、U為縱坐標，用測出的幾組I、U值畫出U­I圖像，如圖丙所示，直線跟縱軸交點的縱坐標表示電源電動勢E的值，圖線斜率的絕對值即內(nèi)阻r的值。三、實驗器材電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標紙和刻度尺。謹記部分器材用途電壓表、電流表測定路端電壓和電路中電流滑動變阻器改變電路中的電流和路端電壓刻度尺畫出UI圖線四、實驗步驟1電流表用0.6 A量程，電壓表用3 V量程，按實驗原理圖甲或乙連接好電路。2把滑動變阻器的滑片移動到接入電路阻值最大的一端。3閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1)，用同樣方法測量出6組I、U的值。填入表格中。第1組第2組第3組第4組第5組第6組U/VI/A4.斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材。五、數(shù)據(jù)處理1公式法將6組對應(yīng)的U、I數(shù)據(jù)代入關(guān)系式：U1EI1r、U2EI2r、U3EI3r、，讓第1式和第4式聯(lián)立方程，第2式和第5式聯(lián)立方程，第3式和第6式聯(lián)立方程，這樣解得三組E、r，取其平均值作為電源的電動勢E和內(nèi)阻r。2圖像法在坐標紙上以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立UI坐標系，在坐標系內(nèi)描出各組(I，U)值所對應(yīng)的點，然后作一條使落在線上的點盡量多的直線，不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側(cè)，則直線與縱軸交點的縱坐標值即為電源電動勢的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線的斜率絕對值即為電源的內(nèi)阻r，即r。六、誤差分析1偶然誤差(1)由于讀數(shù)不準和電表線性不良引起誤差。(2)用圖像法求E和r時，由于作圖不準確造成誤差。(3)實驗時通電時間過長或電流過大，都會引起E、r變化。2系統(tǒng)誤差(1)若采用圖甲電路，由于電壓表的分流作用造成誤差，電壓值越大，電壓表的分流越多，對應(yīng)的I真與I測的差值越大。其U­I圖像如圖丁所示。結(jié)論：E測<E真，r測<r真。(2)若采用圖乙電路，由于電流表的分壓作用造成誤差，電流值越大，電流表的分壓越多，對應(yīng)的U真與U測的差值越大。其U­I圖像如圖戊所示。結(jié)論：E測E真，r測>r真。七、注意事項1為了使電池的路端電壓變化明顯，應(yīng)選內(nèi)阻大些的電池(選用已使用過一段時間的干電池)。2在實驗中不要將I調(diào)得過大，每次讀完U和I的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開電源，以免干電池在大電流放電時極化現(xiàn)象嚴重，使得E和r明顯變化。3要測出不少于6組的(I，U)數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些。4畫U­I圖線時，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當值開始(橫坐標I必須從零開始)。但這時圖線與橫軸交點的橫坐標值不再是短路電流，而圖線與縱軸交點的縱坐標值仍為電源電動勢，圖線斜率的絕對值仍為內(nèi)阻?？挤ㄒ粚嶒炘砗筒僮?某興趣小組探究用不同方法測定干電池的電動勢和內(nèi)阻，他們提出的實驗方案中有如下四種器材組合。為使實驗結(jié)果盡可能準確，最不可取的一組器材是()A一個電流表、一個電壓表和一個滑動變阻器B一個電壓表和多個定值電阻C一個電流表和一個電阻箱D兩個電流表和一個滑動變阻器解析：選D由EUIr、EIRIr、EUr知，要測量E和r，需要測出多組U、I或I、R或U、R值，選項A、B、C均可滿足測量需要，選項D中R無法測出，最不可取。2在測一節(jié)干電池(電動勢約為1.5 V，內(nèi)阻約為2 )的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，電壓表和滑動變阻器各有兩個供選擇：A電壓表量程為15 VB電壓表量程為3 VC滑動變阻器為020 ，3 AD滑動變阻器為0500 ，0.2 A電壓表應(yīng)該選_(填“A”或“B”)，這是因為_?；瑒幼冏杵鲬?yīng)該選_(填“C”或“D”)，這是因為_。解析：待測干電池電動勢約為1.5 V，而A電壓表量程為15 V，若用A則很難精確讀數(shù)，誤差太大，故電壓表應(yīng)該選B；D滑動變阻器阻值范圍太大而且額定電流過小，調(diào)節(jié)不方便，故滑動變阻器應(yīng)該選C。答案：BA電壓表量程過大，讀數(shù)誤差較大CD滑動變阻器阻值范圍太大而且額定電流過小，調(diào)節(jié)不方便電學(xué)實驗器材的選取必須考慮安全性、準確性，以及易操作性。具體以電表來說就是，量程足夠或為了減小誤差允許量程稍微偏小一些，而相同量程的電壓表內(nèi)阻越大或電流表內(nèi)阻越小時越接近理想電表。 考法二數(shù)據(jù)處理和誤差分析3在“測定電源的電動勢和內(nèi)阻”的實驗中：(1)按圖甲所示的實驗電路，用筆畫線代替導(dǎo)線把圖乙中的實物電路連接完整。(2)圖丙是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的UI圖像，由圖可知，電源的電動勢E_V，內(nèi)阻r_。解析：(1)實物電路圖如圖所示。(2)由題圖丙可知，電源的UI圖像與縱軸交點的縱坐標值是1.5，則電源電動勢E1.5 V，電源內(nèi)阻r1 。答案：(1)見解析圖(2)1.514要精確測量一個直流電源的電動勢和內(nèi)阻，有下列實驗器材可供選擇：A待測電源(電動勢約為4.5 V，內(nèi)阻約為2 )B電流表A1(量程為0.6 A，內(nèi)阻為1 )C電壓表V1(量程為15 V，內(nèi)阻為3 k)D電壓表V2(量程為3 V，內(nèi)阻為2 k)E定值電阻R1500 F定值電阻R21 000 G滑動變阻器R(阻值范圍為020 )H開關(guān)及導(dǎo)線若干(1)該實驗中電壓表應(yīng)選_，定值電阻應(yīng)選_(均選填器材前面的序號)。(2)在方框中畫出實驗電路圖。 (3)若將滑動變阻器滑到某一位置，讀出此時電壓表讀數(shù)為U，電流表讀數(shù)為I，從理論上分析，電源電動勢E和內(nèi)阻r間的關(guān)系式應(yīng)為E_。解析：(1)待測電源的電動勢約為4.5 V，用量程為15 V的電壓表V1讀數(shù)誤差大，選用量程為3 V的電壓表V2，需串聯(lián)電阻擴大量程，串聯(lián)的定值電阻RRV1 000 。故電壓表應(yīng)選D，定值電阻應(yīng)選F。(2)如圖所示。(3)由(1)中電壓表量程擴大方法知，電壓表讀數(shù)為U時，路端電壓為U，由閉合電路的歐姆定律，對甲圖，有EU(1r)I，對乙圖，有EUr。答案：(1)DF(2)見解析圖(3)U(1r)I或Ur5某同學(xué)利用理想電壓表和電阻箱測定干電池的電動勢和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻(R05 )一個，開關(guān)兩個，導(dǎo)線若干，實驗原理圖如圖甲。(1)在圖乙的實物圖中，已正確連接了部分電路，請完成余下電路的連接。(2)請完成下列主要實驗步驟：檢查并調(diào)節(jié)電壓表指針指零；調(diào)節(jié)電阻箱，示數(shù)如圖丙所示，讀得電阻值是_；將開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2斷開，電壓表的示數(shù)是1.49 V；將開關(guān)S2_，電壓表的示數(shù)是1.16 V；斷開開關(guān)S1。(3)使用測得的數(shù)據(jù)，計算出干電池的內(nèi)阻是_(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。解析：(1)如圖所示。(2)由題圖丙讀得電阻箱阻值為R20 ；將S1閉合、S2斷開，電壓表示數(shù)為電源電動勢E1.49 V；將S2閉合，電壓表示數(shù)1.16 V為R兩端電壓。(3)因電壓表為理想電表，則干路電流I A0.058 A。因為I，所以rR0R0.69 。答案：(1)見解析圖(2)20 閉合(3)0.69 例1(2018·江蘇高考)一同學(xué)測量某干電池的電動勢和內(nèi)阻。(1)圖1所示是該同學(xué)正準備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時的實驗電路。請指出圖中在器材操作上存在的兩個不妥之處。(2)實驗測得的電阻箱阻值R和電流表示數(shù)I，以及計算的數(shù)據(jù)見下表：R/8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26/A16.75.95.34.53.8根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖2方格紙上作出R­關(guān)系圖像。由圖像可計算出該干電池的電動勢為_V；內(nèi)阻為_。(3)為了得到更準確的測量結(jié)果，在測出上述數(shù)據(jù)后，該同學(xué)將一只量程為100 mV的電壓表并聯(lián)在電流表的兩端。調(diào)節(jié)電阻箱，當電流表的示數(shù)為0.33 A時，電壓表的指針位置如圖3所示，則該干電池的電動勢應(yīng)為_V；內(nèi)阻應(yīng)為_。 三步化“新”為“熟”1本題實驗?zāi)康氖菧y定電池的電動勢和內(nèi)阻。2根據(jù)閉合電路歐姆定律EIRIr，推導(dǎo)出RE·r，畫出R圖像，則圖線的斜率為電動勢E，縱軸截距的絕對值為內(nèi)阻r。3通過電阻箱改變R，測出每一個電阻值對應(yīng)的電流I，并取倒數(shù)，在坐標紙上建立R坐標，描點并畫出圖像。解析(1)在電學(xué)實驗中，連接電路時應(yīng)將開關(guān)斷開，電阻箱的阻值調(diào)為最大，以確保實驗儀器、儀表的安全。(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律EI(Rr)，整理可得RrE·r，即R­圖像為直線，描點連線后圖像如圖所示。根據(jù)圖像可知r1.2 ，圖像的斜率為電動勢E，在R­圖像上取兩點(2,1.58)、(5,5.71)，則E V1.38 V。(3)題圖3的讀數(shù)為66×103 V，根據(jù)歐姆定律，得電流表的內(nèi)阻rA 0.2 ，由EI(RrrA)得RE·(rrA)，R­圖像的斜率仍為電動勢E，即E1.38 V，而干電池的內(nèi)阻應(yīng)為rrrA1.0 。答案(1)開關(guān)未斷開；電阻箱阻值為零。(2)見解析圖1.381.2(3)1.381.0例2某同學(xué)在做“測電源的電動勢和內(nèi)阻”的實驗中，給電源串聯(lián)了一只R01.5 的保護電阻，實驗電路如圖(a)所示。(1)用完好的導(dǎo)線連好電路后，該同學(xué)閉合開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為零，電壓表示數(shù)不為零，檢查發(fā)現(xiàn)各接線柱均未接錯，且接觸良好。他用多用電表的電壓擋檢查電路。在使用多用電表前，發(fā)現(xiàn)指針不在左邊“0”刻度處，應(yīng)先調(diào)整圖(b)中多用電表的_(選填“A”“B”或“C”)。將兩表筆分別接b、c，d、e時，示數(shù)均為零，兩表筆接c、d時，示數(shù)與電壓表示數(shù)相同，由此可推斷故障原因是_。(2)排除故障后，該同學(xué)順利完成實驗，測得下列數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標系中描出了對應(yīng)的點，如圖(c)所示，請畫出UI圖像。I/A0.100.170.250.300.40U/V1.201.000.800.600.55(3)由UI圖像求出實驗中電源的電動勢E_V，內(nèi)阻r_。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(4)本次實驗產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是_。 三步化“新”為“熟”1本題的實驗?zāi)康氖菧y定電源的電動勢和內(nèi)阻，但首先要用多用電表檢查電路故障。2根據(jù)EUIr，UEIr可知，UI圖像的縱軸截距為電源電動勢，斜率的絕對值為內(nèi)阻。3通過實驗電路的原理可分析出實驗誤差的來源。解析(1)開始時指針不在左邊“0”刻度時應(yīng)進行機械調(diào)零，故應(yīng)調(diào)節(jié)A(指針定位螺絲)進行調(diào)節(jié)。電流表示數(shù)為零，電壓表示數(shù)不為零，則電流表或滑動變阻器斷路，用多用電表的電壓擋檢查電路，把兩表筆分別接b、c，d、e時，示數(shù)均為零，兩表筆接c、d時，示數(shù)與電壓表示數(shù)相同，說明c、d之間斷路，即滑動變阻器斷路。(2)由描點作圖法得出UI圖像如圖所示。(3)UI圖線是一條傾斜的直線，縱軸截距為1.50，所以電源電動勢E1.50 V，圖線的斜率絕對值k2.89 ，所以內(nèi)阻r(2.891.5)1.39 。(4)由題圖(a)可知，將保護電阻作為內(nèi)阻處理后，電壓表并聯(lián)在電源兩端，故電壓表示數(shù)準確，但由于電壓表內(nèi)阻的影響而導(dǎo)致電流表示數(shù)偏小，故誤差原因是電壓表分流。答案 (1)A滑動變阻器斷路(2)見解析圖(3)1.50(1.401.60均可)1.39(1.171.61均可)(4)電壓表分流 創(chuàng)新角度歸納創(chuàng)新角度創(chuàng)新解讀實驗原理的拓展換用不同的器材，可以用“安阻法”和“伏阻法”進行實驗安阻法伏阻法實驗器材的替代(1)可用電阻箱替代滑動變阻器(2)可用電壓表和定值電阻替代電流表，也可用電流表和定值電阻替代電壓表數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新實驗中除了作U­I圖像，還可作R­圖像， ­圖像等，只要能列出函數(shù)關(guān)系，找出斜率、截距即可