2016届高三物理一轮复习 (四)测定电源的电动势和内阻..

O1．实验目的O(1)掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法；进一步理解闭合电路欧姆定律．O(2)掌握用图象法求电动势和内阻的方法．O2．实验原理O(1)实验依据：闭合电路欧姆定律．(四)测定电源的电动势和内阻O[实验基础夯实](2)实验电路：如图甲所示．(3)E和r的求解：由U＝E－Ir得：U1＝E－I1rU2＝E－I2r，解得：E＝I1U2－I2U1I1－I2r＝U2－U1I1－I2(4)作图法处理数据：如图乙所示．①图线与纵轴交点为电动势E.②图线与横轴交点为短路电流I短＝Er.③图线的斜率的大小表示内阻r＝|ΔUΔI|.O3．实验器材O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．O[核心要点突破]O1．实验步骤O(1)电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按图甲所示连接好电路．O(2)把滑动变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端．O(3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(U1，I1)．用同样方法测量几组I、U值．填入表格中．O(4)断开开关，拆除电路，整理好器材．O2．数据处理O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.O方法一取六组对应的U、I数据，数据满足关系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r…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(U，I)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，使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即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率大小即为电池的内阻r，即r＝|ΔUΔI|.O3．误差分析O(1)由读数和电表线性不良引起误差．O(2)用图象法求E和r时，由于作图不准确造成误差．O(3)本实验采用的测量电路是存在系统误差的，这是由于电压表的分流IV引起的，使电流表的示数I测小于电池的输出电流I真．因为I真＝I测＋IV，而IV＝U/RV，U越大，IV越大，U趋近于零时IV也趋近于零．所以此种情况下图线与横轴的交点为真实的短路电流，而图线与纵轴的交点为电动势的测量值，比真实值偏小．修正后的图线如右图所示，显然，E、r的测量值都比真实值偏小，r测＜r真、E测＜E真．O(4)若采用如图丙所示电路，电流是准确的，当I很小时，电流表的分压很小，但随电流I增大，电流表的分压作用也逐渐增大．当电流为零时，UA＝0，电压为准确值，等于E.此种情况的UI图线如图丁所示，所以E测＝E真、r测r真．O4．注意事项O(1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选的大些(选用已使用过一段时间的干电池)．O(2)在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得E和r明显变化．O(3)测出不少于6组I和U的数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，类似于逐差法，要将测出的U、I数据中第1和第4组为一组，第2和第5组为一组，第3和第6组为一组，分别解出E、r值再求平均．O(4)在画UI图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点应对称分布在直线两侧，不要顾及个别离开直线较远的点，以减小偶然误差．(5)干电池内阻较小时，U的变化较小，此时，坐标图中数据点将呈现如图(a)所示的状况，使下部大面积空间得不到利用．为此，可使纵坐标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)，如图(b)所示，并且把纵坐标的比例放大，可使结果的误差减小．此时图线与横轴交点不表示短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势．要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝|ΔUΔI|计算出电池的内阻r.O【典例1】(2014年合肥高三联考)在“用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻”的实验中，提供的器材有：OA．干电池一节OB．电流表(量程0.6A)OC．电压表(量程3V)OD．开关S和若干导线OE．滑动变阻器R1(最大阻值20Ω，允许最大电流1A)OF．滑动变阻器R2(最大阻值300Ω，允许最大电流0.5A)OG．滑动变阻器R3(最大阻值1000Ω，允许最大电流0.1A)实验原理及操作O(1)①按如图所示电路测量干电池的电动势和内阻，滑动变阻器应选____________(填写代号)．O②为使测量尽可能精确，用笔画线代替导线将如图所示的实物图连接成实验电路(已连接了部分线)，要求变阻器的滑片滑至最右端时，其使用电阻值最大．O(2)实验步骤：O①按实验要求连接好电路．闭合开关前把变阻器的滑片滑至一端，使接入电路的阻值最大；O②闭合开关，调节滑动变阻器，使____________的指针有明显偏转，读取____________和____________的示数．用同样方法测量多组数据；O③断开开关，整理好器材；O④数据处理．O(3)将实验测得的数据标在如图所示的坐标图中，请作出UI图线，由此求得待测电池的电动势E＝__________V，内电阻r＝____________Ω.(结果保留三位有效数字)O[自主解答](1)①滑动变阻器不要选阻值过大的，因为阻值过大不便于调节，要保证电流不超过额定值，电流表量程为0.6A，所以选R1；②接线柱不要接错；连线如图甲所示．(3)UI图线如图乙，在UI图线中，与纵轴的交点表示电动势，斜率表示内阻，由图可求E＝1.50V(1.47～1.52均对)．r＝1.88Ω(1.86～1.90Ω均对)．甲乙O[答案](1)①E(或R1)②见解析O(2)②电流表电流表电压表O(3)见解析1.50(1.47～1.52均对)O1．88(1.86～1.90均对)O【典例2】(2014年淮南高三模拟)某同学为了测量某电池的电动势E和内阻r，设计了如图甲所示的电路．已知定值电阻R0＝20Ω，电压表V2的内阻很大，可视为理想电压表．O(1)根据图甲所示电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接．实物连图及数据处理O(2)实验中，该同学移动滑动变阻器滑片，读出电压表V1和V2的示数U1、U2，数据如下表所示．请根据表格中的数据画出U2U1的图线.O(3)由图象可得该电源的电动势E＝____________V，内阻r＝____________Ω.O[自主解答](1)如图1所示；(2)如图2所示；O[答案](1)(2)见解析(3)18(17.9～18.3之间均可)30(29.0～32.0之间均可)(3)由闭合电路欧姆定律可得E＝U2＋U1R0r，解得U2＝E－U1R0r，所以当U1＝0时，U2＝E，即图象与纵轴的截距为电源的电动势，E＝18V(17.9～18.3V)；因直线的斜率k＝18－105.3＝rR0＝r20，解得r＝30Ω(29.0～32.0Ω之间均可)．O【典例3】(2013年高考浙江理综)采用如图所示的电路“测定电池的电动势和内阻”．O(1)除了选用照片中的部分器材外，____________(填选项)．OA．还需要电压表OB．还需要电流表OC．还需要学生电源OD．不再需要其他器材实验创新设计O(2)测量所得数据如下O用作图法求得电池的内阻r＝____________；O(3)根据第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻RA＝____________.O[答案](1)A(2)(0.75±0.10)Ω(3)0.22Ω[自主解答](1)选A，照片中已有电流表、电阻箱和干电池，还缺少电压表．(2)作出U­I图象，由图象斜率可求得r＝(0.75±0.10)Ω.(3)由欧姆定律得：R＋RA＝UI，得RA＝UI－R＝0.22Ω.本小节结束请按ESC键返回