测量电源电动势和内阻

高考调研第1页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流第8单元实验测定电源电动势和内阻高考调研第2页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流一、应试目标1．各种测定电池的电动势和内阻的方法．2．利用图像法解决电动势及内阻．3．误差分析．高考调研第3页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流二、实验原理在中学物理实验室里，测定电动势E和内阻r的方法有多种，可以用一只电压表和一只电流表，也可以用一只电流表和一只电阻箱，或者用一只电压表和一只电阻箱，它们的测量原理都是闭合电路欧姆定律．高考调研第4页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流基本方法：伏安法测电源电动势和内阻．实验电路图如图所示，只要测出两组U、I的值，就能算出电动势E和内阻r.根据闭合电路欧姆定律，其测量的原理方程为E＝U＋Ir，其中U、I分别是电压表和电流表的示数，通过调节滑动变阻器，改变路端电压和电流，这样就得到多组数据，每两组数据就可以求出电动势和内阻．设某两组U、I的值的大小关系为U1＞U2，I1＜I2.E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r，解得E＝U1I2－U2I1I2－I1，r＝U1－U2I2－I1.其他方法在误差分析中再谈．高考调研第5页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流三、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．高考调研第6页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流四、实验步骤1．连接电路电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按上图连接好电路．2．测量与记录(1)把变阻器的滑片移动到使用阻值最大的一端．(2)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．高考调研第7页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流3．数据处理、整理器材(3)断开开关，拆除电路，整理好器材．(4)取坐标纸，以电流I为横轴，路端电压U为纵轴，描绘出所记录的各组I、U值的对应点，连成U－I图线．延长U－I图线，它与坐标轴有两个交点，读取E、I短，进一步可以算出r＝EI短＝ΔUΔI，如图所示．高考调研第8页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【考题随练1】利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻．要求尽量减小实验误差．(1)应该选择的实验电路是下图中的____(选项“甲”或“乙”)．高考调研第9页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流(2)现有电流表(0－0.6A)、开关和导线若干，以及以下器材：A．电压表(0－15V)B．电压表(0－3V)C．滑动变阻器(0－50Ω)D．滑动变阻器(0－500Ω)实验中电压表应选用________；滑动变阻器应选用________；(填选项字母)高考调研第10页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【解析】(1)干电池内阻较小，为减小实验误差，应选甲所示电路图．(2)一节干电池电动势约为1.5V，则电压表应选B项，为方便实验操作，滑动变阻器应选C项．【答案】(1)甲(2)BC高考调研第11页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【考题随练2】利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻．(1)某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在下图的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U－I图线．高考调研第12页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流序号123456电压U/V1.451.401.301.251.201.10电流I/A0.0600.1200.2400.2600.3600.480(2)根据(1)中所画图线可得出干电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.高考调研第13页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【解析】(1)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出电源的U－I图像如图所示；高考调研第14页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【答案】(1)如解析图所示(2)1.50.83(2)由图示电源U－I图像可知，图像与纵轴交点坐标值是1.5，则电源电动势E＝1.5V，电源内阻r＝ΔUΔI＝1.5－1.00.6Ω≈0.83Ω.高考调研第15页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流规律方法技巧高考调研第16页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流测量电源电动势和内阻的方法一、伏阻法如图所示，依据UR＝ER＋r，整理可得1U＝R＋rRE＝1E＋rE·1R，这是一个将函数线性化的过程，其中1U为函数，1R为自变量，测出多组数据描点连线，画出函数图像，利用图像求出斜率rE，截距1E，最终求出E、r.高考调研第17页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【考题随练1】某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势E.(1)先直接用多用电表测定该电池电动势，在操作无误的情况下，多用电表表盘示数如图，其示数为________V.高考调研第18页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流(2)然后，用电压表V、电阻箱R、定值电阻R0、开关S、若干导线和该电池组成电路，测定该电池电动势．①根据电路图甲，用笔画线代替导线，将实物图乙连接成完整电路．高考调研第19页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流②闭合开关S，调整电阻箱阻值R，读出电压表V相应示数U，该学习小组测出大量数据，分析筛选出下表所示的R、U数据，并计算出相应的1/R与1/U的值．请用表中数据在下图坐标纸上描点，并作出1/U－1/R图线.R(Ω)166.771.450.033.325.020.0U(V)8.35.94.84.23.22.91/R(×10－2Ω－1)0.601.402.003.004.005.001/U(V－1)0.120.170.210.240.310.35高考调研第20页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流③从图线中可求得E＝________V.高考调研第21页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【解析】(1)选择开关位于直流电压10V挡，按电表中央刻度0－10V刻度读数，最小刻度为0.2V，电池的电动势为9.4V.(2)①根据电路图连接实物图，如下图所示．高考调研第22页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流②作出1/U－1/R图线，如下图所示．高考调研第23页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【答案】(1)9.4(2)①如解析图所示②如解析图所示③9.5－11.1③根据闭合电路欧姆定律，有E＝UR(r＋R＋Rx)得到1U＝r＋RxE·1R＋1E，图像的纵轴截距表示1E，故1E＝0.10，解得E＝10V高考调研第24页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流二、安阻法原理如图所示，依据为E＝I(R＋r)，整理可得1I＝RE＋rE，这是一个将函数线性化的过程，其中1I为函数，R为自变量，测出多组数据描点连线，画出函数图像，利用图像求出斜率1E，截距rE，最终求出定值E、r.高考调研第25页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【考题随练2】某研究性学习小组利用图甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r.根据实验数据绘出如图乙所示的R－1I图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E＝________V，r＝________Ω.高考调研第26页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【答案】2.90.9【学法指导】图像与函数一一对应，从函数表达式中找斜率和截距的物理意义．【解析】根据闭合电路欧姆定律得，E＝IR＋Ir，则R＝－r＋E1I，知纵轴截距的绝对值表示内阻的大小，所以r＝0.9Ω，图线的斜率表示电动势，则E＝7.8＋0.93V＝2.9V.高考调研第27页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流伏安法测电阻的拓展应用一、伏安法提高精度的方法【例1】测量电源的电动势E及内阻r(E约为4.5V，r约为1.5Ω)器材：量程3V的理想电压表，量程0.5A的电流表Ⓐ(具有一定内阻)，固定电阻R＝4Ω，滑动变阻器R′，开关S，导线若干．高考调研第28页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流(1)画出实验电路原理图．(2)实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2.则可以求出E＝________，r＝________.(用I1、I2、U1、U2及R表示)高考调研第29页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【解析】本题实际上是在课本实验《测定电源的电动势和内电阻》的基础上改编而成的，因本题电压表的量程只有3V，而电源电动势E约为4.5V，故不能直接用电压表测量电源的路端电压，应把待测电源与固定电阻串联等效为一个新电源．(1)实验电路原理图如图所示．高考调研第30页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流(2)由闭合电路欧姆定律可知E＝U1＋I1(r＋R)E＝U2＋I2(r＋R)解得E＝U1I2－U2I1I2－I1，r＝U1－U2I2－I1－R【答案】(1)实验电路原理图如解析图所示(2)E＝U1I2－U2I1I2－I1，r＝U1－U2I2－I1－R高考调研第31页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流二、水果电池【例2】(2012·重庆)某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势E和内阻r，并探究电极间距对E和r的影响．实验器材如图所示．高考调研第32页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流(1)测量E和r的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U和流过电源的电流I，依据公式________，利用测量数据作出UI图像，得出E和r.(2)将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在图中用笔画线代替导线连接电路．高考调研第33页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流(3)实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的UI图像如图中(a)、(b)、(c)、(d)所示，由此可知：在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势________(填“增大”“减小”或“不变”)，电源内阻________(填“增大”“减小”或“不变”)．曲线(c)对应的电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω，当外电路总电阻为2500Ω时，该电源的输出功率P＝________mW.(均保留三位有效数字)高考调研第34页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流高考调研第35页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【解析】由闭合电路欧姆定律，可知U＝E－Ir；比较由绘制的图线可知，当两电极距离减小时，果汁电池电动势不变，斜率变大，内电阻变大；由(c)图线斜率及纵轴截距，可得E＝0.975V，r＝478Ω，当外电阻为2500Ω时，电源的输出功率P＝I2R＝(0.9752500＋478)2×2500W＝0.268mW.高考调研第36页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【答案】(1)U＝E－Ir(2)如下图所示(3)不变增大0.9754780.268高考调研第37页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流三、巧妙利用图像解疑难【例3】电池甲和乙的电动势分别为E1和E2，内阻分别为r1和r2，若用甲和乙电池分别向某电阻R供电，则在这个电阻上消耗的电功率相同，若用甲和乙电池分别向某电阻R′供电，则在这个电阻上消耗的电功率分别为P1和P2，已知E1＞E2，R′＞R，则()A．r1＞r2B．r1＜r2C．P1＞P2D．P1＜P2高考调研第38页新课标版·物理·高三总复习第七章恒定电流【解析】根据题意，该电路为纯电阻电路如图1，因为两电池分别接入同一电路，故设该电阻的伏安特性曲线为图2，两电池在电阻上消耗的功率相同，由P＝UI知两电池的伏安特性曲线与电阻R的伏安特性曲线交于同一点A，由于甲电池的电动势E1大于乙电池电动势E2即E1＞E2分别作E1、E2与A的连线，交I轴于I1、I2，I1、I2分别为甲乙两电池的短路电流，由斜率可知r1＞r2，A选项正确；因为R′＞R，所以R′的伏安特性曲线的倾斜角比R的大，图示如图2所示，由R′与E1、E2的交点可知这个电阻上消耗的电功