2020高考物理一轮总复习 第八章 恒定电流 实验课3 测定电源的电动势和内电阻课件 新人教版

第八章恒定电流测定电源的电动势和内电阻栏目导航12板块一基础回顾板块二考点突破3板块三跟踪检测基础回顾明体系、知细节、强化提能板块一一、实验基础知识二、数据处理1．计算法由U＝E－Ir，得U1＝E－I1r，U2＝E－I2r，解得E＝I1U2－I2U1I1－I2r＝U2－U1I1－I2.2．图象法如图所示．(1)图线与纵轴交点为E.(2)图线与横轴交点为I短＝Er.(3)图线斜率的绝对值表示r＝ΔUΔI.三、误差分析1．偶然误差(1)由于电表读数不准引起误差．(2)用图象法求E和r时，由于作图不准确造成的误差．(3)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化．2．系统误差(1)若采用甲图，其U­I图象如乙图所示．由于电压表的分流作用造成误差．①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，短路电流测量值等于真实值．②E测E真．③因为r测＝E测I短，所以r测r真．(2)若采用丙图，其U­I图象如丁图所示．由于电流表的分压作用造成误差．①E为真实值．②I短测I短真．③因为r测＝EI短测，所以r测r真，r测为r真和RA的串联值，由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的误差非常大．四、注意事项1．为了使电池的路端电压变化明显，应选内阻大些的电池(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，E和r明显变化．3．要测出不少于6组的(I、U)数据，且变化范围要大些．4．画U­I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，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)，但这时图线与横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的交点仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻．考点突破研典例、练高分、考点通关板块二考点一实验原理与操作——师生共研|研典例|【例】用如图所示电路测量电源的电动势和内阻．实验器材：待测电源(电动势约3V，内阻约2Ω)，保护电阻R1(阻值10Ω)和R2(阻值5Ω)，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干．实验主要步骤(ⅰ)将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；(ⅱ)逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；(ⅲ)以U为纵坐标，I为横坐标，作U­I图线(U、I都用国际单位)；(ⅳ)求出U­I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.回答下列问题：(1)电压表最好选用________；电流表最好选用________．A．电压表(0～3V，内阻约15kΩ)B．电压表(0～3V，内阻约3kΩ)C．电流表(0～200mA，内阻约2Ω)D．电流表(0～30mA，内阻约2Ω)(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大．两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________．A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E＝________，r＝________，代入数值可得E和r的测量值．[解析](1)测电源的电动势和内阻的原理为闭合电路的欧姆定律，即U＝E－Ir，I是电路中的总电流，实际测量时电压表的分流作用会引起系统误差，为了减小系统误差，应选用内阻较大的电压表，即选A；由于电路中的最大电流约为I＝Er＋R1＋R2＝32＋10＋5A＝0.176A＝176mA，电流表应选C.(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大，说明滑动过程中滑动变阻器接入电路的阻值增大，因此说明一根导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱，C项正确．(3)图象斜率绝对值k＝r＋R2，图象与横轴的截距为电压表短路时的电流，即a＝Er＋R2，因此电源的内阻r＝k－R2，电源的电动势E＝ka.[答案](1)AC(2)C(3)kak－R2|练高分|1．用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5V，内电阻约1Ω)的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：A．电流表：量程0.6A，内电阻约1ΩB．电流表：量程3A，内电阻约0.2ΩC．电压表：量程3V，内电阻约30kΩD．电压表：量程6V，内电阻约60kΩE．滑动变阻器：0～1000Ω，额定电流0.5AF．滑动变阻器：0～20Ω，额定电流2A(1)为了使测量结果尽量准确，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)．(2)下图为正确选择仪器后，连好的部分电路．为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将________和________相连、________和________相连、________和________相连(均填仪器上接线柱的字母代号)．(3)实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验．实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U.用图象法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，则可以________为纵坐标，以________为横坐标．解析：(1)因三节干电池的电动势约为4.5V，故电压表应选D；因干电池放电电流不宜超过0.5A，故电流表应选A；由电压表和电流表的测量范围可知滑动变阻器选用F即可．(2)本实验的实验电路如图甲所示．所以还需要用导线将a与d相连，c与g相连，f与h相连．(3)电阻箱代替滑动变阻器，实验电路图如图乙所示．根据闭合电路欧姆定律得U＋URr＝E，整理可得三种情况：①1U＝rE·1R＋1E，以1U为纵坐标，1R为横坐标，在直角坐标系中图象为一条直线；②U＝E－r·UR，以U为纵坐标，UR为横坐标，在直角坐标系中图象为一条直线；③RU＝1E·R＋rE，以RU为纵坐标，R为横坐标，在直角坐标系中图象为一条直线．答案：(1)ADF(2)adcgfh(3)1U1R或UUR；或RUR2．要精确测量一个直流电源的电动势和内阻，有下列实验器材可供选择：A．待测电源(电动势约为4.5V，内阻约为2Ω)B．电流表A1(量程为0.6A，内阻为1Ω)C．电压表V1(量程为15V，内阻为3kΩ)D．电压表V2(量程为3V，内阻为2kΩ)E．定值电阻R1＝500ΩF．定值电阻R2＝1000ΩG．滑动变阻器R(阻值范围为0～20Ω)H．开关及导线若干(1)该实验中电压表应选________，定值电阻应选________(均选填器材前面的序号)．(2)在方框中画出实验电路图．(3)若将滑动变阻器滑到某一位置，读出此时电压表读数为U，电流表读数为I，从理论上分析，电源电动势E和内阻r间的关系式应为E＝________.解析：(1)待测电源的电动势约为4.5V，用量程为15V的电压表V1误差大，选用量程为3V的电压表V2，需串联电阻扩大量程，串联的定值电阻R＝EU－1RV＝1000Ω.故电压表应选D，定值电阻应选F.(2)如图所示．(3)由闭合电路的欧姆定律，对甲图，有E＝32U＋(1＋r)I，对乙图，有E＝32U＋I＋U2000r.答案：(1)DF(2)见解析图(3)32U＋(1＋r)I或32U＋I＋U2000r考点二数据处理及分析——师生共研|研典例|【例】为了测定电源电动势E、内电阻r和定值电阻R0的阻值，某同学利用DIS(数字化信息系统)设计了如图甲所示的电路．闭合电键S1，调节滑动变阻器的滑动触头P向某方向移动时，用电压传感器1、电压传感器2和电流传感器测得数据，并根据测量数据计算机分别描绘了如图乙所示的M、N两条U­I直线，请回答下列问题．(1)图乙中的M、N两条图线，根据电压传感器1和电流传感器的数据画得的是________________，根据电压传感器2和电流传感器的数据画得的是__________________(填“图线M”或“图线N”)．(2)图乙中两直线交点表示电路的工作状态是________．A．滑动变阻器的滑动头P滑到了最右端B．滑动变阻器的滑动头P滑到了最左端C．定值电阻R0上消耗的功率为2.5WD．电源的输出功率最大(3)根据图乙可以求得定值电阻R0＝________Ω，电源电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.[解析](1)从电路连接可以看出，电流表A的读数增大时，电压传感器1的读数减小，电压传感器2的读数增大．故图线N是电压传感器1和电流传感器的数据绘制的图象，图线M是电压传感器2和电流传感器的数据绘制的图象．(2)图象中两直线的交点表示电压传感器1的读数与电压传感器2的读数相等，即滑动变阻器的阻值为0，故滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端，故A错误，B正确；图象可以得出电阻R0的阻值大于电源的内阻，滑动变阻器的阻值减小，电源的输出功率增大，两直线的交点对应滑动变阻器的阻值为0，即电源的输出功率最大，故D正确；定值电阻R0消耗功率为P＝U2I＝1.0×0.4W＝0.4W，故C错误．故选BD.(3)由图象M的斜率可以得出定值电阻R0的阻值为R0＝1.0－00.4－0Ω＝2.5Ω；根据U＝E－Ir，由图象N可以得出图象在U轴上的截距为1.50V，即电源的电动势为E＝1.50V，图象斜率的绝对值为k＝1.0－1.50.4＝1.25，即电源的内阻为r＝1.25Ω.[答案](1)图线N图线M(2)BD(3)2.51.51.25|练高分|1．用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx.已知电池的电动势约6V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧．可选用的实验器材有：电流表A1(量程0～30mA)；电流表A2(量程0～100mA)；电压表V(量程0～6V)；滑动变阻器R1(阻值0～5Ω)；滑动变阻器R2(阻值0～300Ω)；开关S一个，导线若干条．某同学的实验过程如下：Ⅰ.设计图1所示的电路图，正确连接电路．Ⅱ.将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录．以U为纵轴，I为横轴，得到如图2所示的图线．Ⅲ.断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变．重复Ⅱ的步骤，得到另一条U­I图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0,0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)．回答下列问题：(1)电流表应选用________，滑动变阻器应选用________；(2)由图2的图线，得电源内阻r＝________Ω；(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx＝________，代入数值可得Rx；(4)若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围________，电压表示数变化范围________(均选填“相同”或“不同”)．解析：(1)因为电源电动势约为6V，待测电阻以及电源的内阻都为数十欧，估算出电流约为100mA，因此电流表选择A2；由于滑动变阻器采用限流式接法，因此应选择较大的滑动变阻器，或者根据题图中(20mA,5.5V)来判断此时内阻分压约为0.5V，那么根据串联电路的电压关系，此时滑动变阻器和定值电阻阻值和为几百欧姆，因此选R2.(2)电源内阻r＝ΔUΔI＝25Ω.(3)根据闭合电路的欧姆定律E＝U＋I(Rx＋r)，可得U＝E－I(Rx＋r)，函数图象的斜率表示的物理意义为－(Rx＋r)，而函数图象的斜率根据题意为－U0I0，因此有－(Rx＋r)＝－U0I0，因此Rx＝U0I0－r.(4)由于电表为理想电表，因此待测电阻无论放在B、C间或者A、B间，对总电阻没有变化，因此电流不变，在滑动变阻器变化范围相同的情况下，电流表示数变化范围相同．由于与电压表并联部分的电阻阻值变化，因此电压表示数变化范围会不同．答案：(1)A2