2020年物理高考大一轮复习 实验10 测定电源的电动势和内阻课件

第八章恒定电流高考总复习·物理实验十测定电源的电动势和内阻高考总复习·物理知识梳理·夯实基础核心考点·分层突破目录知识梳理·夯实基础︿︿一、实验流程二、注意事项1．可选用旧电池：为了使电路的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池．2．电流不要过大，读数要快：干电池在大电流放电时，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大．因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电．3．计算法求E、r：要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组、第2和第5为一组、第3和第6为一组，分别解出E、r值再求平均值．4．合理选择标度：为使图线分布空间大，如图所示，纵坐标可以不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，电源的内阻不能用r＝EI短确定，应根据r＝ΔUΔI确定．三、误差分析1．用图象法求E和r时作图不准确．2．由于电流表或电压表的分压或分流存在系统误差．3．本实验中测量结果是：E测E真，r测r真．核心考点·分层突破︿︿考点1实验步骤和实验器材的选择【例题1】(2019·武威高三期末)用如图甲所示电路测电源电动势和内电阻，电路中定值电阻R0＝4Ω.依据测得的数据画出U­I图象如图乙所示．(1)根据图象得出电源电动势E＝______，内电阻r＝______.(以上两空要求结果保留两位有效数字)(2)备选的电压表有：V1(量程3V，内阻约3kΩ)；V2(量程15V，内阻约5kΩ)；V3(量程3V，内阻约1kΩ)．为使测量结果尽量准确，电压表应选________．(3)根据电路图将图丙所示的实物图用笔画线代替导线连成实验电路．解析(1)由题图乙所示图象可知，图象斜率k＝ΔUΔI＝3－00.6－0.1＝6.0，电源内阻与定值电阻之和r′＝6.0Ω，电源内阻r＝r′－R0＝6.0Ω－4Ω＝2.0Ω；由U­I图象可知，电源电动势E＝k·Im＝6×0.6V＝3.6V.(2)在保证安全的前提下，为精确测量，应选量程小内阻大的电压表，电源电动势为3V，则电压表应选V1.(3)根据题图甲所示电路图，把电源、开关、滑动变阻器、电流表、定值电阻串联接入电路，电压表并联在滑动变阻器与电流表串联电路两端，实物电路图如图所示．答案(1)3.6V2.0Ω(2)V1(3)见解析图【跟踪训练1】(2019·湖南G10教育联盟年高三联考)用如图甲所示的电路测定电源的电动势和内电阻．A．若闭合开关S1，将单刀双掷开关S2掷向a，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电压表的读数U.B．若断开S1，将单刀双掷开关S2掷向b，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电流表的读数I.C．某同学分别按照以上两种方式完成实验操作之后，利用图线处理数据，得到两个图象(如图乙和丙所示)，纵截距分别是b1、b2，斜率分别为k1、k2.若忽略电压表的分流和电流表的分压作用，则(1)步骤A中测得的电动势E1＝______；内阻r1＝______.(用k1、b1表示)(2)步骤B中测得的电源内阻r2＝b2k2比真实值________．(选填“偏大”“相等”或“偏小”)(3)若不能忽略电压表的分流和电流表的分压作用，则结合两组图象可计算出该电源的真实电动势E＝1k2，真实内阻r＝________.解析(1)若闭合开关S1，将单刀双掷开关S2掷向a，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电压表的读数U，根据闭合电路欧姆定律可知，E＝U＋Ir＝U＋URr，则1U＝rE·1R＋1E，因此图象的纵轴截距b1＝1E，电动势E＝1b1，图象的斜率k1＝rE，则电源内阻r＝k1E＝k1b1.(2)根据闭合电路欧姆定律E＝I(R＋r)变形，得到1I与R的关系式，1I＝1ER＋rE.根据数学知识得知，1I­R图象的斜率的倒数等于电源的电动势E，纵轴截距等于电源的内阻r与电动势E的比值．电动势的测量值与真实值相等，若考虑电流表的内阻，则电源实际内阻r＝bk－RA，所以电源内电阻的测量值与真实值相比偏大．(3)由以上分析可知，(2)中电动势是准确的，故E＝1k2；而(1)中图象的斜率k1＝rE；联立解得r＝k1k2.答案(1)1b1k1b1(2)偏大(3)k1k2考点2数据处理和误差分析【例题2】(2019·北京丰台区高三一模)用如图甲所示的电路，测定一节旧干电池的电动势和内阻，除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：双量程电流表A(量程0～0.6A,0～3A)；双量程电压表V(量程0～3V,0～15V)；滑动变阻器R1(阻值范围0～20Ω，额定电流2A)；滑动变阻器R2(阻值范围0～1000Ω，额定电流1A)．(1)为了调节方便，测量精度更高，实验中应选用电流表的量程为________A，电压表的量程为________V，应选用滑动变阻器________(填写滑动变阻器符号)．(2)根据图甲正确连接图乙中的实物电路，注意闭合开关时滑动变阻器的滑片P应处于正确的位置并选择正确的电表量程进行连线．(3)通过多次测量并记录对应的电流表示数I和电压表示数U，利用这些数据在图丙中画出了U­I图线．由图线可以得出此干电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(4)引起该实验的系统误差的主要原因是________．A．由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小B．由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流大C．由于电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压小D．由于电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压大(5)根据实验测得的I、U数据，若令y＝IU，x＝I，则由计算机拟合得出的y­x图线应是下图中的______(选填“a”“b”或“c”)，其余两条图线分别是令y＝IE和y＝I2r得出的．根据前面测量得到的电源电动势和内阻的值，则图中A点的x、y坐标分别为________A、________W(保留两位有效数字)．解析(1)由于干电池电动势约1.5V，内阻较小，所以选量程为0～3V的电压表；考虑到干电池的内阻一般几欧姆左右，所以选量程为0～0.6A的电流表；为方便实验操作，滑动变阻器应选总阻值较小的R1.(2)根据题图甲所示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示．(3)电源U­I图象与纵轴交点坐标值是电动势，图象斜率绝对值是电源内阻．由图象可知，电动势测量值E＝1.45V，电源内阻r＝1.45－0.800.5＝1.3Ω.(4)电源实际输出的电流为干路电流，电流表所测的为支路电流．电压表的分流产生了系统误差，造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小，故选项A正确，B、C、D错误．(5)由功率与电流间的函数关系可知，a为电源的功率P＝EI，b为电源的消耗功率E＝I2r，c为电源的输出功率P＝EI－I2r.若令y＝IU，x＝I，y­x图线应是图中的c；图中A点表示电源短路，x为短路电流I＝Er＝1.451.3A≈1.1A，y为短路时电源的消耗功率E＝I2r＝E2r≈1.6W.答案(1)0～0.60～3R1(2)见解析图(3)1.451.3(4)A(5)c1.11.6【跟踪训练2】(2019·上海宝山区高三二模)在“用DIS测电源的电动势和内阻”的实验中：(1)如图甲所示为实验电路图，定值电阻R0＝1Ω，R为滑动变阻器，矩形框B代表的是__________；如图乙所示为实验的实物连接图，请用笔线代替导线完成该实物连接图．(2)实验测得的路端电压U相应电流I的拟合曲线如图丙所示，由此得到电源电动势E＝________V；当电压传感器的示数为1.6V时，电源的输出功率为________W.(3)实验测得的数据如图丙所示，则实验中选用的滑动变阻器最合理的阻值范围为________．A．0～5ΩB．0～20ΩC．0～50ΩD．0～200Ω解析(1)根据图甲的实验电路图可知，矩形框B代表的是电压传感器；实物连线如图所示．(2)根据图象可知，E＝2.0V；当电压传感器的示数为1.6V时，电流I＝0.5A，则电源的输出功率为P＝IU＝0.8W.(3)由题图丙可知，电源的内阻r＝ΔUΔI＝2.0－1.50.62Ω＝0.8Ω；由图象可知，测出的最小电流约为0.05A，此时对应的总电阻R总＝EI＝20.05＝40Ω，此时滑动变阻器接入电阻应为40－1－0.8(Ω)＝38.2Ω，故滑动变阻器总阻值一定大于38.2Ω；同时为了调节方便，总阻值不应过大，故应选择50Ω的总阻值，故选项C正确，A、B、D错误．答案(1)电压传感器见解析图(2)2.00.8(3)C考点3实验改进与创新方法一安—阻法(1)实验原理用一个电流表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，此种方法测得的是虚线方框内等效电源的电动势和内阻，测得的电动势无偏差，内阻偏大．若已知电流表A的阻值可消除测内阻的系统误差．(2)图象法处理数据【例题3】(2019·绵阳高三诊断)某同学用下列器材测电源的电动势和内阻．待测电源E(电动势约为3V，内阻约为2.5Ω)；电流表A(量程为0～0.6A，内阻约为0.5Ω)；电阻箱R(最大阻值99.9Ω)；开关S，导线若干．(1)在虚线框中画出实验电路图．该同学根据正确的电路图，正确连接电路，规范操作．(2)第一次测量：调节电阻箱R，示数为R1时，读取电流表示数I1，示数为时R2时，读取电流表示数I2.则电源电动势的计算式E＝________，内阻的计算式r＝__________.(3)第二次测量：调节电阻箱R的阻值，记录多组电流表的读数I和电阻箱的对应读数R，以1I为纵坐标，R为横坐标，根据测量数据作出如图所示的1I­R图线，则电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(4)关于该实验，下列说法正确的是________．A．由于电流表的内阻，会使电源内阻的测量值存在系统误差B．由于电流表的内阻，会使电源电动势的测量值存在系统误差C．第二次测量中的数据处理方式可以减小偶然误差D．第一次测量中，若测有三组数据，则可求得电源电动势E和内阻r及电流表内阻RA解析(1)由给出的器材可知，实验中只给出了电流表和电阻箱，所以应采用电流表与电阻箱串联的方式进行测量，如图所示．(2)根据闭合电路欧姆定律可知I1＝ER1＋r，I2＝ER2＋r；联立解得E＝I1I2R1－R2I2－I1，r＝I1R1－I2R2I2－I1.(3)根据闭合电路欧姆定律，可知I＝ER＋r，变形可得1I＝1ER＋rE，则由图可知1E＝4－19＝13，rE＝1.解得E＝3V，r＝3Ω.(4)因电流表存在内阻，所以测出的内阻中包含电流表内阻，由于电流表的内阻，会使电源内阻的测量值存在系统误差，故选项A正确；电流表内阻对图象的斜率没有影响，所以测出的电源的电动势准确，故选项B错误；采用图象法可以避免因读数造成的偶然误差，故第二次可以减小偶然误差，故选项C正确；根据闭合电路欧姆定律可知I1＝ER1＋RA＋r，I2＝ER2＋RA＋r，I3＝ER3＋RA＋r，根据数学规律可知，联立三组数据无法求出电流表内阻，故选项D错误．答案(1)见解析图(2)I1I2R1－R2I2－I1I1R1－I2R2I2－I1(3)33(4)AC解题技巧非U­I图线，无法直接从图线上读出电动势和内电阻，一般先根据闭合电路欧姆定律写出表达式，化简为纵坐标随横坐标变化的一次函数的形式，根据函数的斜率和截距求出电动势和内电阻．【跟踪训练3】(2019·皖北协作区高三联考)为研究某一蓄电池组，某兴趣小组将一块旧的电池组充满电，准备利用下列器材测量电池组的电动势和内电阻．A．待测电池组，电动势约为4V，内阻约几欧姆B．直流电压表V1、V2(量程均可满足要求，均可视为理想电表)C．定值电阻R0(未知)D．滑动变阻器R，最大阻值RP(已知)E．导线和开关(1)现利用以上器材，设计一个电路如图甲所示，完成对待测电池组的电动势和内阻的测量．(2)实验之前，需要利用该电路图测出定值电阻R0，方法是先把滑动变阻器R调