高考调研2014届高考物理一轮课件：7-8实验：测定电源的电动势和内阻

实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研实验测定电源的电动势和内阻实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研一、实验目的掌握用电压表和电流表测量电池电动势和内电阻的方法，学会利用图像处理数据的方法．二、实验原理在闭合电路中，由闭合电路的欧姆定律，可得电源的电动势E、内阻r、路端电压U、电流I存在的关系U＝E－Ir，E、r在电路中不随外电阻R的变化而改变．测定电源的电动势和内阻可用三种方法：实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研方法一测量原理图如图所示，采用改变外电阻，可测得一系列I和U的值(至少6组)，然后再在U­I图像中描点作图，所得直线与纵轴的交点即为电动势E，图线斜率的绝对值为内阻r，这种方法叫伏安法，用电流表和电压表．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研方法二由I＝ER＋r变形，得R＝EI－r，改变电路的电阻R，测出一系列的I和R值，作出R­1I图像．图像在R轴上的截距即为电源的内阻的负值，直线的斜率即电源的电动势E.此方法叫安阻法，用电流表和电阻箱．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研方法三由E＝U＋Ir及I＝UR，可得E＝U＋URr，或1U＝1E＋rE·1R，改变电路的外电阻R，测出一系列的U值，作出1U­1R图像．图像在1U轴上截距的倒数即为电源电动势，直线的斜率与在1U轴上的截距的倒数的乘积即为电源的内阻．此方法叫伏阻法，用电压表和电阻箱．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研三、实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干、坐标纸．四、实验步骤1．按上图所示电路图连接成电路，电流表取0.6A量程，电压表取3V量程，将滑动变阻器阻值调到有效电阻最大(图中左端)．2．检查电路无误后，闭合开关，移动滑动变阻器触头的位置，使电流表有明显示数，记下一组(I，U)值．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研3．改变滑动变阻器滑片的位置5次，用同样的方法，再测出5组(I，U)数值．然后断开开关，整理好仪器．4．建立坐标系、描点．纵轴表示电压，横轴表示电流，取合适的标度，使所描坐标点绝大部分分布在坐标纸上，必要时纵坐标可以不从零开始取值．5．根据描出的坐标点作出U­I图像，并延长与两坐标轴相交．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研6．测算电动势和内电阻，准确读出U­I图线与纵轴和横轴的交点坐标，即读出E和I短，进一步算出内阻r＝EI短＝ΔUΔI，如图所示．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研五、注意事项1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选得大些(选用已使用过一段时间的干电池)．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．3．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．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研4．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甲所示的状况，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，如图乙所示，把坐标的比例放大，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．另外，计算内阻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.实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研六、误差分析1．本实验采用如图所示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．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研2．电表读数带来的误差．3．如果将六组数据按先后顺序两两依次组成方程组，由于两组数据相邻，变化较小，计算(或测量)误差较大．为此，注意是前后数据交叉组成方程组．4．用图像法求电动势和内电阻时，作图不准确造成误差．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研七、改进方法为减小由于电源内阻较小，使路端电压变化不明显带来的误差，可采用以下两种方法改进：1．若电流表内阻RA已知，可采用图甲实验电路图，将电源内阻r与电流表内阻RA之和r＋RA做为测定对象，即r测＝r＋RA，则r的真实值r＝r测－RA.实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研2．也可用一个阻值已知的小阻值电阻R与电源串联，如图乙所示，原理同上，则r＝r测－R.实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研例1(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制作了果汁电池，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．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研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为对测量结果的影响，请在图中用笔画线代替导线连接电路。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：实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研在该实验中，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)实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研【解析】①测电池的电动势和内阻的基本实验原理就是闭合电路欧姆定律，即U＝E－Ir.②电压表视为理想电表，其不分流，电压表测电源的路端电压，电流表测电路的总电流，误差较小．③在U­I图像中图线与U轴的截距大小等于电源电动势的大小，图线的斜率大小表示电源的内阻大小，即由图像可知，四条线与U轴的截距相等，即电动势不变，而图线的斜率依次变大，电源的内阻增大．由图线(c)可知，电源的电动势E＝0.975V，电源的内阻r＝478Ω；当电源外接电阻为2500Ω时，由闭合电路欧姆定律可得，该电源的输出功率P＝(ER＋r)2R＝0.268mW.实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研【答案】①U＝E－Ir②如图所示③不变增大0.9754780.268实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研例2(2010·江苏)在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用的电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图所示的实验电路．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到________．(选填“最大值”“最小值”或“任意值”)(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R0＝10Ω的定值电阻两端的电压U.下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是________．(选填“1”或“2”)方案编号电阻箱的阻值R/Ω1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研(3)根据实验数据描点，绘出的1U­R图像是一条直线．若直线的斜率为k，在1U坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E＝________，内阻r＝________.(用k、b和R0表示)【解析】本题主要考查测量电源电动势和内阻的基础知识，意在考查考生实验方案设计和数据处理能力．(1)实验中电阻箱起到改变电路的总电阻和分压作用，为了确保仪器的安全，一般将电阻箱的电阻先调到最大值．(2)由于定值电阻R0＝10Ω，若选用方案1，则电压表的示数较小，示数变化范围也很小，所以选用方案2.实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研(3)由题意可得E＝UR0(R0＋R＋r)，变形为1U＝1ER0R＋R0＋rER0，由题意得斜率k＝1ER0，截距b＝R0＋rER0，解得E＝1kR0，r＝bk－R0【答案】(1)最大值(2)2(3)1kR0bk－R0实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研题后反思不论用何种方法测电源的电动势和内阻，其原理是不变的，根据测量仪器结合闭合电路的欧姆定律写出关于1U与R或1I与R的函数表达式．通过表达式中的斜率或截距即可确定E和r.实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研跟踪训练(2012·福建)某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势E.实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研(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.(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，用笔画线代替导线，将实物图连接成完整电路．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研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．请用表中数据在坐标纸上描点，并作出1/U­1/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实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研③从图线中可求得E＝________V.实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研【解析】本题考查测量电源电动势和内阻的实验，意在考查考生的基本仪器使用能力和实验数据处理能力．(1)多用电表使用10V电压挡，刻度盘上每小格对应的示数为0.2V，所以读数为9.4V.(2)由电路图可知E＝U＋UR(R0＋r)，所以1R＝R0＋rE·1R＋1E，故1U轴上的截距为1E，由图线可求得E的值．实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研【答案】(1)9.4(2)①连线如图实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研②所作图像如图③9.5～11.1实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研1．某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围0～20Ω，连接电路的实物图如图所示．该学生接线中错误的和不规范的做法是()实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研A．滑动变阻器不起变阻作用B．电流表接线有错C．电压表量程选用不当D．电压表接线不妥解析由图中接线可知，滑动变阻器连成定值电阻起不到变阻作用，电流表正、负接线柱连错，电压表始终有读数，电压表量程为3V符合实验要求，但电压表接线应接到开关外侧，故选项A、B、D三项都不正确．答案ABD实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研2．用如图甲所示电路测电源的电动势和内阻时，由于电压表的分流作用造成系统误差，图乙所示的U­I图像中有两条直线AB和A′B，其中一条是根据实测数据画出的图线，另一条是修正电压表分流所引起的误差后得到的图线，由图可知()实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研A．AB是根据实测数据画出的图线B．A′B是根据实测数据画出的图线C．路端电压U越大，通过电压表的电流越大D．由于电压表的分流作用，使电源电动势和内阻的测量值小于真实值实验讲解探究应用课后练习新课标版·物理高考调研解析由图示电路可知，测量电压