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学案含答案

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学案含答案，共12页。学案主要包含了实验目的，实验原理与要求等内容，欢迎下载使用。
实验十一　测定电源的电动势和内阻授课提示：对应学生用书第165页一、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。二、实验原理与要求[基本实验要求]  1.实验原理(1)实验依据：闭合电路欧姆定律。(2)E和r的求解：由U＝E－Ir得，解得E、r。　③图线斜率的绝对值表示r，r＝||。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。2．注意事项(1)为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池。(2)电流不要过大，应小于0.5 A，读数要快。(3)要测出不少于6组的(I，U)数据，变化范围要大些。(4)若UI图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r＝||确定。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。授课提示：对应学生用书第166页命题点一　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UI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。[解析]　(1) 该实验的主要误差来自电压表的分流作用，因此电压表在量程相同的情况下选用内阻大的，分流作用小，因此选A。整个电路的总电阻最小值为R＝R1＋R2＋RA＋r≈19 Ω，因此回路最大电流I＝≈158 mA，因此电流表选C。(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UI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(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。序号1234567I/A0.080.140.200.260.320.360.40U/V1.351.201.050.880.730.710.52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]　(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。(2)①根据数据描点并连成一条直线，如图1所示。②由图象可知E＝1.55 V，U＝0时，I＝0.59 A，故r′＝＝2.63 Ω，由于2 Ω＜r′＜5 Ω，又r′＝r＋R(r为电源内阻，R为定值电阻)，故定值电阻只能选R1。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。[答案]　(1)B　(2)①图见解析　②R1　③图见解析规律总结1．数据处理的两种方法(1)公式法由U＝E－Ir得，解得E、r，算出它们的平均值。(2)图象法由于干电池的内阻较小，路端电压U的变化也较小，画UI图线时，纵轴的刻度通常不从零开始，这时图线和横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电源的电动势，图线斜率的绝对值仍为内电阻。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____________。(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见下表：R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26/A－16.75.95.34.53.8根据表中数据，在方格纸上作出R-关系图象。由图象可计算出该干电池的电动势为________V；内阻为________Ω。(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。[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。(2)将数据描点连线，作出一条倾斜的直线，如图所示。根据闭合电路欧姆定律E＝I(R＋r)得R＝E－r，所以图线的斜率表示电源电动势E＝ V≈1.37 V，截距绝对值表示r＝1.20 Ω。(3)用电压表与电流表并联，可测得电流表的内阻RA＝＝ Ω＝0.20 Ω，考虑电表内阻对实验的影响，则E＝I(R＋RA＋r)，得R＝E·－(RA＋r)，所以图线的斜率仍表示电动势，电动势的准确值为1.37 V，图线的截距表示(RA＋r)，所以内阻精确值为r＝(1.20－0.20)Ω＝1.00 Ω。[答案]　(1)①开关未断开　②电阻箱阻值为零　(2)图见解析　1.37(1.30～1.44都算对)　1.20(1.00～1.40都算对)　(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。(1)图甲中将定值电阻R1和电流表G串联，相当于把电流表G改装成了一个量程为________ V的电压表。(2)闭合开关，多次调节电阻箱，并记下电阻箱的阻值R和电流表G的示数I。(3)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则和的关系式为________________(用题中字母表示)。(4)以为纵坐标，为横坐标，探究小组作出-的图象如图乙所示，根据该图象求得电源的内阻r＝0.50 Ω，则其电动势E＝________V(计算结果保留两位小数)。(5)该实验测得的电动势E测与真实值E真相比，理论上E测________E真(选填“>”“<”或“＝”)。[解析]　(1)由串联电路的特点可知，U＝Ig(R1＋Rg)＝400×10－6×(4 500＋500) V＝2 V。(3)由题图甲所示的电路图可知，R1与G串联后与电阻箱并联，然后再与R0串联，由闭合电路欧姆定律可知I(R1＋Rg)＝E－(I＋I)(r＋R0)，变形可得＝·＋。(4)由(3)中公式结合题图乙可知，＝k＝ Ω/A＝6 000 Ω/A，解得E≈2.08 V。(5)由以上分析可知本实验中电动势测量准确，即电动势的测量值等于电动势的真实值。[答案]　(1)2　 (3)＝·＋　 (4)2.08(2.07～2.09均可)　(5)＝创新评价本题的创新之处主要体现在利用-处理实验数据，体现数形结合方法的应用，同时灵活应用闭合电路欧姆定律进行公式变形，形成与-相应的函数关系。　　实验目的创新[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。(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。(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)。[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。(2)在硅光电池的UI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。(3)由图线b可知，在实验二中当路端电压为1.5 V时，电路电流I＝60 mA＝0.06 A，由欧姆定律可知，此时外电阻R外＝＝＝25 Ω，可调电阻阻值R＝R外－R0＝25 Ω－2 Ω＝23 Ω，可调电阻消耗的电功率P＝I2R＝(0.06 A)2×23 Ω≈0.083 W。[答案]　(1)图见解析　(2)2.9　4.0　(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。