高中物理高考 2022年高考物理一轮复习(新高考版1(津鲁琼辽鄂)适用) 第9章 实验十 测量电源的电动势和内阻课件PPT
展开1.掌握用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻的方法.2.掌握用图象处理实验数据的方法.3.掌握实物图连接的技巧.
NEIRONGSUOYIN
考点二 安阻法测电动势和内阻
考点三 伏阻法测电动势和内阻
考点一 伏安法测电源的电动势和内阻
1.实验原理闭合电路欧姆定律.2.实验器材电池、电压表、电流表、 、开关、导线、坐标纸和刻度尺.
3.实验步骤(1)电流表用 A的量程,电压表用 V的量程,按图1连接好电路.(2)把滑动变阻器的滑片移到接入电路阻值最 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.
(2)用作图法处理数据,如图2所示.①图线与纵轴交点为 ;②图线斜率的绝对值为 .
5.误差分析(1)偶然误差:主要来源于电压表和电流表的读数以及作U-I图像时描点不准确.(2)系统误差①若采用图3所示电路本实验的误差来源于电压表的分流,通过电流表的电流小于干路电流,由E=U+Ir得知,电动势E测
6.注意事项(1)为了使路端电压变化明显,可使用内阻较 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U-I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.
例1 (2020·山东卷·14)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5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________.(单选,填正确答案标号) 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 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)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6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图像.
解析 ①根据数据描点并连成一条直线,如图(a)所示.
②根据实验数据可知,所选的定值电阻为_____(填“R1”或“R2”).
解析 由图像可知E=1.55 V,U=0时I=0.59 A,故r′= ≈2.63 Ω,由于2 Ω
解析 先画出原理图,如图(b),然后依据原理图将各仪器依次连接起来,如图(c).
例2 (八省联考·河北·12)在测量电源电动势和内阻的实验中,实验室提供了如下器材和参考电路:电压表V1(量程3 V,内阻约6 kΩ)电压表V2(量程1 V,内阻约6 kΩ)电流表A1(量程0.6 A,内阻约0.1 Ω)电流表A2(量程2 mA,内阻约1 Ω)滑动变阻器R1(最大阻值3 kΩ)滑动变阻器R2(最大阻值10 Ω)定值电阻R3(阻值1 Ω)开关,导线若干
(1)甲同学想要测量马铃薯电池的电动势(约1.0 V)和内阻(约500 Ω).选用合适器材后,应选择最优电路______(填写参考电路对应的字母)进行测量.
解析 因为电池的内阻较大,所以应该电流表分压不显著,定值电阻为1欧姆,对电路起不到保护作用,故没必要使用,故应采用A电路;电压表选V2,电流表选A2,滑动变阻器选R1.
(2)乙同学想要测量一节新干电池的电动势和内阻.选用合适器材后,应选择最优电路_____(填写参考电路对应的字母)进行测量.
解析 新干电池内阻较小,电流表分压作用明显,所以应外接,又因为干电池电动势为1.5 V,为了保护电路,应使用定值R3,故电路应选用C;电压表选V1,电流表选A1,滑动变阻器选R2.
(3)乙同学将测得的数据在坐标纸上描点如图8.请画出U-I图象,并求出电动势E为______ V,内阻r为______ Ω(小数点后保留两位).
1.实验室中准备了下列器材:待测干电池(电动势约1.5 V,内阻约1.0 Ω);电流表G(满偏电流1.5 mA,内阻rg=10 Ω);电流表A(量程0~0.6 A,内阻约0.10 Ω);滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω);滑动变阻器R2(最大阻值100 Ω);定值电阻R3=990 Ω,开关S和导线若干.
(1)某同学选用上述器材(滑动变阻器只选用了一个)测定一节干电池的电动势和内阻.为了能较为准确地进行测量和操作方便,实验中选用的滑动变阻器应是_____.(填代号)
解析 为了易于调节、准确测量,采用限流接法,滑动变阻器最大阻值选20 Ω的即可,即选择R1.
(2)请在如图9甲所示虚线框中画出该同学的实验电路图.
解析 由于没有电压表,所以需要用电流表改装,电流表G的内阻是确定的,所以用G和定值电阻R3串联,改装成电压表,电流表A内接,如图所示.
(3)如图乙为该同学根据实验数据作出的I1-I2图线(I1为电流表G的示数,I2为电流表A的示数),由该图线可得,被测干电池的电动势E=________________ V,内阻r=_______________ Ω.
1.47(1.46~1.48)
0.75(0.73~0.77)
解析 因为UR=I1(R3+Rg)=1 000I1(mV)=1×I1(V),故可将I1-I2图转化为纵轴同数值的U-I2图像,将图线延长交纵轴于(0,1.47),则E=1.47 V,斜率绝对值表示内阻r=0.75 Ω.
1.实验原理闭合电路的欧姆定律E=IR+Ir,电路图如图10所示.2.实验器材电池、 _ 、 、开关、导线、坐标纸和刻度尺.3.数据处理
4.误差分析(1)误差来源:电流表有内阻,导致内阻测量不准确;(2)结论:E测=E真,r测>r真(r测=r真+rA).
例3 (2018·江苏卷·10)一同学测量某干电池的电动势和内阻.(1)如图12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____________;________________.
开关未断开 电阻箱阻值为零
解析 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,确保实验仪器、仪表的安全.
(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:
根据表中数据,在图13的方格纸上作出R-关系图像.由图像可计算出该干电池的电动势为_____________________V;内阻为__________________Ω.
1.34(1.30~1.44都算对)
解析 根据闭合电路欧姆定律,得E=I(R+r)
描点连线后图像如图所示.
根据图像可知r=1.2 Ω.图像的斜率为电动势E,
(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14所示,则该干电池的电动势应为______________________________V,内阻应为________________________________Ω.
1.34[结果与(2)问第一个空格一致]
1.0[结果比(2)问第二个
解析 根据欧姆定律,得电流表的内阻
该干电池的内阻应为r′=r-rA=1.0 Ω
2.利用如图15(a)所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有:待测电源,电阻箱R(最大阻值999.9 Ω),电阻R0(阻值为3.0 Ω),电阻R1(阻值为3.0 Ω),电流表 (量程为200 mA,内阻为RA=6.0 Ω),开关S.
实验步骤如下:①将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S;②多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;
④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.回答下列问题:(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻,则 与R的关系式为__________________.
(2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R=3.0 Ω时,电流表的示数如图(b)所示,读出数据,完成下表.答:①________,②________.
解析 电流表每小格表示4 mA,因此电流表读数是0.110 A,倒数是9.09 A-1.
(3)在图(c)的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,根据图线求得斜率k=___________________ A-1Ω-1,截距b=________________ A-1.
1.0(0.96~1.04均可)
6.0(5.9~6.1均可)
解析 根据坐标纸上给出的点,画出一条直线,得出斜率k=1.0,截距b=6.0 A-1.
(4)根据图线求得电源电动势E=________________ V,内阻r=_________________Ω.
3.0(2.7~3.3均可)
2.实验器材电池、 、 、开关、导线、坐标纸和刻度尺.3.数据处理
4.误差分析(1)误差来源:电压表有内阻,干路电流表达式不准确,导致电动势测量不准确;(2)结论:E测<E真,r测<r真.
例4 某课题研究小组准备测量一个锂电池的电动势和内阻,在操作台上准备了如下实验器材:A.待测锂电池(电动势E约为3.7 V,内阻r未知)B.电压表V1(量程0~3 V,内阻约为几千欧)C.电流表A(量程0.6 A,内阻RA=2.0 Ω)D.电阻箱R1(0~99.9 Ω)E.滑动变阻器R2(最大阻值为10 Ω)F.定值电阻R0(阻值约为5 Ω)G.开关S一个,导线若干
(1)在实验操作过程中,该小组成员设计了如图18甲所示电路.多次改变电阻箱R1的阻值R,读出电压U,根据测得的数据作出 图像,如图乙所示,则电源电动势E=________ V.
(2)为了测定锂电池的内阻需测出电阻R0的阻值,小组成员设计了如图丙所示的电路,请在图丁中连接对应的实物图.实验过程中,某次测量电流表示数为0.40 A时,电压表示数如图戊所示,由此可求得R0=____ Ω;结合图乙可求得电池内阻r=_____ Ω.(以上两空结果均保留两位有效数字)
3.(2019·安徽合肥市第二次质检)为了同时测量一电源的电动势E和内阻r,以及未知阻值的电阻Rx,某同学设计了一电路.实验室提供的器材如下:待测电源、待测电阻、电阻箱一个、内阻很大的电压表一只、开关两个、导线若干.(1)为实现上述目的,请完善图19甲实物图连接;
解析 通过开关S2控制电路中的电阻Rx是否接入电路,电路原理图如图甲所示:
故实物连线图如图乙所示:
(2)该同学实验的主要步骤有:①闭合S1、S2,多次调节电阻箱阻值,并记录其阻值及对应的电压表的示数;②保持S1闭合,断开S2,多次调节电阻箱阻值,并记录其阻值及对应的电压表的示数;③根据记录的数据,作出两条 图线如图乙所示.由图线可得电动势E=___,内阻r=____,Rx=____.(用图中a、b、c表示)
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