人教版高考物理一轮复习第8章恒定电流实验11测定电源的电动势和内阻课件

这是一份人教版高考物理一轮复习第8章恒定电流实验11测定电源的电动势和内阻课件，共60页。PPT课件主要包含了实验原理与要求等内容，欢迎下载使用。

一、实验目的1．测定电源的电动势和内阻。2．掌握用图象法求电动势和内阻的方法。
2．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、坐标纸和刻度尺。
3．基本操作(1)电流表用0.6 A的量程，电压表用3 V的量程，按实验原理图连接好电路。(2)把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端。(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(I1，U1)。用同样的方法再测量几组I、U值，填入表格中。(4)断开开关，拆除电路，整理好器材。
[规律方法总结]1．实验数据求E、r的处理方法(1)列多个方程组求解，再求E、r的平均值。(2)图象法处理：以路端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建坐标系、描点、连线，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r。
3．误差来源(1)偶然误差：用图象法求E和r时作图不准确。(2)系统误差：电压表分流。(3)本实验中测量结果是：E测＜E真，r测＜r真。
命题点一　教材原型实验　实验原理与操作[典例1]　(2021·黑龙江哈尔滨一中检测)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3 V，内阻约2 Ω)，保护电阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，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：①将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；②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；③以U为纵坐标，I为横坐标，作U-I图线(U、I都用国际单位)；④求出U-I图线斜率的绝对值k和在纵轴上的截距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(0～3 V，内阻约15 kΩ)B．电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ)C．电流表(0～200 mA，内阻约2 Ω)D．电流表(0～30 mA，内阻约2 Ω)　(2)选用k、a、R1、R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式，r＝________，E＝________，所测得的电源电动势测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)电源电动势真实值。
(2)根据闭合电路欧姆定律U＝E－I(r＋R2)，由题可知k＝r＋R2，E＝a，故内电阻为k－R2，电动势为a。由于电压表的分流作用，使测得的电流值比真实值小，根据E＝U＋I(r＋R2)测得电动势值小于真实值。[答案]　(1)A　C　(2)k－R2　a　小于
　数据处理与分析[典例2]　(2020·高考山东卷)实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有：干电池一节(电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω)；电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)；电流表A(量程0.6 A，内阻约1 Ω)；
 滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)；定值电阻R1(阻值2 Ω)；定值电阻R2(阻值5 Ω)；开关一个，导线若干。
(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U-I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是________。A．电压表分流B．干电池内阻较小C．滑动变阻器最大阻值较小D．电流表内阻较小
[解析]　(1)电压表示数的变化范围小，原因是外电阻的阻值远大于电源内阻，选项B正确。[答案]　(1)B
(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。
请根据实验数据，回答以下问题：①图丙中已标出后3组数据对应的坐标点，请标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图象。
 ②根据实验数据可知，所选的定值电阻为________(选填“R1”或“R2”)。③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将实物图(图丁)连接成完整电路。
[解析]　(2)①根据数据描点并连成一条直线，如图1所示。
[答案]　 (2)①图见解析　②R1　③图见解析
③先画出原理图，如图2所示，然后依据原理图将各仪器依次连接起来，如图3所示。
2．系统误差分析由于电压表的分流作用造成误差，电压值越大，电压表的分流越多，对应的I真与I测的差值越大。其U-I图象如图所示。 结论：E测＜E真，r测＜r真。
命题点二　实验创新设计　实验器材创新[典例3]　一同学测量某干电池的电动势和内阻。(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处：①________；②____________。
[解析]　(1)连接电路时电源应与电路断开，所以开关要断开；另一错误是电阻箱接入电路的电阻是零，这样容易烧坏电流表和电源。[答案]　(1)①开关未断开　②电阻箱阻值为零
[解析](2)将数据描点连线，作出一条倾斜的直线，如图所示。
[答案]　(2)图见解析　1.37(1.30～1.44都算对)　1.20(1.00～1.40都算对)　
(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱，当电流表的示数为0.33 A时，电压表的指针位置如图所示，则该干电池的电动势应为__________V；内阻应为________Ω。
[答案]　 (3)1.37(1.30～1.44都算对)　1.00(0.80～1.20都算对)
创新评价本实验的创新之处在于应用电流表和电阻箱测量电源电动势和内阻，若已知电流表A的阻值可消除测内阻的系统误差。　
  　实验数据处理创新[典例4]　某探究小组准备用图甲所示电路测量某电源的电动势和内阻，实验室准备的器材如下：待测电源(电动势约2 V)；电阻箱R(最大阻值为99.99 Ω)；定值电阻R0(阻值为2.0 Ω)；定值电阻R1(阻值为4.5 kΩ)；
电流表G(量程为400 μA，内阻Rg＝500 Ω)；开关S，导线若干。
[答案]　(4)2.08(2.07～2.09均可)　(5)＝
[典例5]　硅光电池是一种可将光能转化为电能的元件。某同学利用图甲所示电路探究某硅光电池的路端电压U与电流I的关系。图中定值电阻R0＝2 Ω，电压表、电流表均可视为理想电表。(1)用笔画线代替导线，根据电路图，将图乙中的实物电路补充完整。
[解析]　(1)分析图甲所示实验原理图，根据原理图连接实物电路图，如图所示。
[答案]　(1)图见解析
(2)实验一：用一定强度的光照射硅光电池，闭合开关S，调节可调电阻R的阻值，通过测量得到该电池的U-I曲线a(见图丙)。则由图象可知，当电流小于200 mA时，该硅光电池的电动势为________ V，内阻为________ Ω。
[解析](2)在硅光电池的U-I图象中，当I＝0时，U＝E，图线斜率的绝对值表示内阻。由图线a可知E＝2.9 V，在电流小于200 mA的情况下，此电池的内阻r＝4.0 Ω。
[答案]　(2)2.9　4.0
(3)实验二：减小光照强度，重复实验，通过测量得到该电池的U-I曲线b(见图丙)。当可调电阻R的阻值调到某值时，若该电路的路端电压为1.5 V，由曲线b可知，此时可调电阻R的电功率约为________ W(结果保留两位有效数字)。
[答案]　(3)0.083
创新评价本题的创新之处体现在以探究某硅光电池的路端电压U与电流I的关系替代测干电池的电动势和内阻。
1．在“测定电源的电动势和内阻”的实验中：(1)按图甲所示的实验电路，用笔画线代替导线把图乙中的实物电路连接完整。
甲　　　　　　乙　　　　　　　丙
解析：(1)实验电路图如图所示。
答案：(1)图见解析　
(2)图丙是根据实验数据作出的U-I图象，由图可知，电源的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω。
答案：　(2)1.5　1
2．(2020·高考天津卷)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确。电压表(量程0～3 V，内阻约为3 kΩ)电流表(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)滑动变阻器(0～20 Ω，额定电流1 A)待测电池组(电动势约为3 V，内阻约为1 Ω)开关、导线若干
(1)该小组连接的实物电路如图所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号是________。
解析：(1)因为电源内阻较小，故对于电源来说应该采用电流表外接法，图中采用的是电流表内接；故导线5连接不当，应该从电压表正接线柱接到电流表正接线柱；答案：(1)5
(2)改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的________端。(选填“a”或者“b”)解析：(2)开始实验前应该让滑动变阻器连入电路阻值最大，故应将滑片置于a端；答案： (2)a　
(3)实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5 Ω的电阻，之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出U-I图象，如图所示。根据图象可知，电池组的电动势为________V，内阻为________Ω。(结果均保留两位有效数字)
答案： (3)2.9　0.80
3．(2021·江苏海安高级中学月考)一位物理老师给他的学生发布了一个任务，要求较精确地测量一个充电宝的电动势和内阻，提供的器材如下：A．电压表V(量程为3 V，内阻约为3 kΩ)B．电流表A(量程为3 A，内阻约为0.02 Ω)C．滑动变阻器R1(阻值范围0～10 Ω)D．电阻箱R2(0～9 999.9 Ω)E．充电宝E(电动势约为5 V)F．开关S1、S2、导线若干
(1)同学们发现电压表的量程太小，准备把量程为3 V的电压表改装成量程为6 V的电压表，而改装电压表需要知道原来电压表的内阻，为此他们设计了如图甲所示的实验电路，实验步骤如下：按图甲接好电路，滑动变阻器R1的滑片置于最________(选填“左”或“右”)侧，电阻箱R2调至较大，闭合两个开关，调节________(选填“滑动变阻器R1”或“电阻箱R2”)使电压表满偏；断开开关S2，其他不动，调节________(选填“滑动变阻器R1”或“电阻箱R2”)使电压表半偏，读出电阻箱R2的数值，即等于电压表的内阻。
解析：(1)分压式在连接开关前，要上部分电压为零，滑动变阻器R1的滑片置于最左边；因为一开始滑动变阻器调到最左端，电压表示数为零，因此需要先调节滑动变阻器R1使电压表满偏；断开开关S2，通过调节电阻箱R2，让电阻箱分压，使电压表半偏；答案：(1)左　滑动变阻器R1　电阻箱R2
(2)如果通过上述实验测得电压表的内阻为3 050 Ω，请你帮助设计改装成量程为6 V的电压表，并利用上述所给器材设计测量充电宝的电动势与内阻(充电宝内阻较小)的电路，把设计的电路画在如图乙所示的虚线框中(图上标出器材名称字母)。
解析：(2)因为电压表量程过小，因此需要串联一个电阻提高量程，因此电路连接如图所示；
答案：　(2)图见解析
(3)根据实际测出的电压表与电流表的值，通过描点连线，得到如图丙所示的U-I图线，则充电宝的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。(结果均保留2位有效数字)
答案：(3) 5.0　1.7
4．某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1＝1.0 kΩ，电阻R1＝9.0 kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0＝3.0 Ω的电阻。
(1)按图示电路进行连接后，发现aa′、bb′和cc′三条导线中，混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的，将开关S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b′间电压，读数不为零，再测量a、a′间电压，若读数不为零，则一定是________导线断开；若读数为零，则一定是________导线断开。
解析：(1)a、b′间的电压不为零，说明a、a′或b、b′间有一处导线断开，若a、a′间电压不为零，说明aa′导线断开；若a、a′间电压为零，则一定是bb′导线断开。答案：(1)aa′　bb′
(2)排除故障后，该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如图。由I1I2图象得到电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。