鲁科版高考物理一轮总复习第8章实验11测量电源的电动势和内阻课时学案

这是一份鲁科版高考物理一轮总复习第8章实验11测量电源的电动势和内阻课时学案，共8页。学案主要包含了自主解答，核心归纳等内容，欢迎下载使用。


1．电池选取：应选用内阻较大的旧电池。
2．实验操作：实验中不宜将电流调得过大，电表读数要快，每次读完数后立即断开开关。
3．数据要求：要测出不少于6组的(I，U)数据，且变化范围要大些。
4．描点画图：画U­I图线时，应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去。
5．纵轴标度的确定：纵轴的刻度可以不从0开始，而是依据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从0开始)。但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电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻。
1．偶然误差
(1)由于电表读数不准确引起误差。
(2)用图像法求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)若采用如图甲所示电路图，其U­I图像如图乙所示。由于电压表的分流作用造成误差。
①当电压表示数越大时，电压表分流越大；反之，电压表分流越小，可推断电压表示数为0时，IV＝0，短路电流的测量值等于真实值。
②E测(2)若采用如图丙所示电路图，其U­I图像如图丁所示。由于电流表的分压作用造成误差。
①当电压表示数越小时，电流表的分压越大；电压表示数越大时，电流表的分压越小，可推断断路时，电流表分压为0，则断路时，电压表示数等于电动势。
②E测＝E真，r测>r真，一般来说，r测的误差非常大。
考点1 实验原理与实验操作
典例 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4.5 V，内阻约1 Ω)的电动势和内阻，除待测电池组、开关、导线外，还有下列器材供选用：
A．电流表：量程0～0.6 A，内电阻约1 Ω
B．电流表：量程0～3 A，内电阻约0.2 Ω
C．电压表：量程0～3 V，内电阻约30 kΩ
D．电压表：量程0～6 V，内电阻约60 kΩ
E．滑动变阻器：0～1 000 Ω，额定电流0.5 A
F．滑动变阻器：0～20 Ω，额定电流2 A
(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)如图所示为正确选择仪器后，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)
【自主解答】
解析：(1)电池组的总电动势约为4.5 V，应选择量程为 0～6 V 的电压表。滑动变阻器应选择阻值接近电源内阻的，以便调节。电流表在选择时应注意量程与滑动变阻器的调节范围。
(2)按照所选电压表和电流表，由于电源内阻较小，为减小误差，设计电路如图所示，因此将a、d相连，c、g相连，f、h相连。
答案：(1)A D F (2)a d c g f h
考点2 数据分析与误差分析
典例 (2020·浙江高考)某同学分别用图甲和图乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻。
(1)在方框中画出图乙的电路图。
(2)某次测量时电流表和电压表的示数如图丙所示，则电流I＝________ A，电压U＝________ V。
丙
(3)实验得到如图所示的两条直线，图中直线Ⅰ对应的电路是图________(选填“甲”或“乙”)。
(4)该电池的电动势E＝________V(结果保留3位有效数字)，内阻r＝________ Ω(结果保留2位有效数字)。
【自主解答】
解析：(1)题图乙中，电流表内接，滑动变阻器串联接在电源两端，电压表测路端电压，则题图乙对应的电路如图所示。
(2)一节干电池的电动势一般约为1.5 V，故电压表量程应选择0～3 V，电流表量程应选择0～0.6 A，所以两电表的读数分别为 1.30 V、0.40 A。
(3)由闭合电路欧姆定律可得U＝E－Ir，可得U­I图像的纵轴截距为电源电动势，图线斜率的绝对值为电源内阻。题图甲中电流表外接，则实验测得的电源内阻r测＝r内＋rA，测量值偏大；题图乙中电源内阻r测＝eq \f(rV,r内＋rV)r内，测量值偏小，但是由于rV≫r真，故题图乙实验测出的内阻误差更小，故图线Ⅰ对应题图乙，图线Ⅱ对应题图甲。
(4)由于干电池内阻较小，故采用题图乙所示实验电路。根据闭合电路的欧姆定律有E＝U＋Ir，则r＝eq \f(E－U,I)，将题图中的图线Ⅰ延长，与纵轴的交点即为电源的电动势E＝1.52 V，将图线Ⅰ上的任一点代入，得r＝eq \f(E－U,I)＝eq \f(1.52－1.30,0.4) Ω＝0.55 Ω。
答案：(1)见解析图 (2)0.40(0.39～0.41均可) 1.30(1.29～1.31均可) (3)乙 (4)1.52(1.51～1.54均可) 0.55(0.52～0.56 均可)
考点3 实验的改进与创新
典例 (2018·江苏高考)一同学测量某干电池的电动势和内阻。
(1)图甲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___________________________________________________________。
甲
(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的 eq \f(1,I) 数据见下表：
根据表中数据，在图乙方格纸上作出R­eq \f(1,I) 关系图像。
乙
由图像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0～100 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丙所示，则该干电池的电动势应为________ V，内阻应为________ Ω。
丙
【自主解答】
解析：(1)在电学实验中，连接电路时应将开关断开，电阻箱的阻值调为最大，以确保实验仪器、仪表的安全。
(2)根据闭合电路欧姆定律有E＝I(R＋r)，整理可得R＝eq \f(E,I)－r＝E·eq \f(1,I)－r，即R­eq \f(1,I) 图像为直线。描点连线后图像如图所示。
根据图像可知r＝1.2 Ω。图线的斜率为电动势E，在R­eq \f(1,I) 图像上取两点(2,1.58)，(5,5.71)，则E＝eq \f(5.71－1.58,5－2) V＝1.38 V。
(3)根据欧姆定律，得电流表的内阻rA＝eq \f(U,I)＝eq \f(66×10－3,0.33) Ω＝0.2 Ω，由E＝I(R＋r′＋rA)，得R＝E·eq \f(1,I)－(r′＋rA)，R­eq \f(1,I) 图线的斜率仍为电动势E，即E＝1.38 V，而干电池的内阻应为r′＝r－rA＝1.0 Ω。
答案：(1)①开关未断开 ②电阻箱阻值为0 (2)见解析图 1.38(1.30～1.44均可)
1．2(1.0～1.4均可) (3)1.38[结果与(2)问第一个空格一致] 1.0[结果比(2)问第二个空格小0.2]
【核心归纳】
“测量电源的电动势和内阻”的实验是高中物理电学中的重要实验，实验原理是闭合电路欧姆定律，但实验方案灵活多变，数据分析方法不断创新，特别是利用图像法求解电源电动势和内阻，更是花样百出，如“伏阻法”测电源电动势和内阻。
R/Ω
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
I/A
0.15
0.17
0.19
0.22
0.26
eq \f(1,I)/A－1
6.7
5.9
5.3
4.5
3.8
实验器材及数据分析的创新
1.应用电流表和电阻箱测量电源的电动势和内阻
2.用一个电压表并联在电流表的两端测出电流表的电阻，从而提高测量电源内阻的精确度
3.应用R­eq \f(1,I)关系图像分析数据
实验过程及数据分析的创新
1.实验过程中用多用电表的电压挡排除电路故障
2.利用I1­I2图像求解电源的电动势和内阻
实验目的及方案设计的创新
1.测量多用电表内电池的电动势和电阻
2.结合等效思想利用 eq \f(1,U) ­R图线分析实验数据