高考物理一轮复习讲义第10章第5课时　实验十二 测量电源的电动势和内阻（2份打包，原卷版+教师版）

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考点一 伏安法
1．实验原理
闭合电路欧姆定律。
2．实验器材
电源、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，按电路图连接好电路。
(2)把滑动变阻器的滑片移到使阻值最________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。
4．用实验数据求E、r的处理方法
(1)列方程求解：由U＝E－Ir得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(U1＝E－I1r,U2＝E－I2r))，解得E、r。
(2)用作图法处理数据，如图所示。
①图线与纵轴交点为______；
②图线与横轴交点为I短＝________；
③图线的斜率的绝对值表示r＝__________。
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如图甲所示
方法a 电压表的分流作用造成误差，电压值越大，电压表分流越多，对应的I真与I测的差越大，IV＝eq \f(U,RV)。其中U－I图像如图乙所示。
结论：E测________E真，r测________r真。
方法b 等效电源法
如图甲所示，E测＝eq \f(RV,RV＋r)E真②如图丙所示
方法a 电流表的分压作用造成误差，电流越大，电流表分压越多，对应U真与U测的差越大，UA＝I·RA。其中U－I图像如图丁所示。
结论：E测________E真，r测________r真。
方法b 等效电源法
如图丙所示，E测＝E真，r测＝r＋RA>r真。
(3)电路选择：
①电源内阻一般较小，选图甲电路误差较小。
②当内阻已知时选图丙电路，此时r＝|k|－RA，没有系统误差。
6．注意事项
(1)合理选择电压表、电流表量程。测一节干电池的电动势和内阻时，电压表选3 V量程，电流表选0.6 A量程，滑动变阻器选0～10 Ω。
(2)应使用内阻大些(用过一段时间)的干电池；在实验中不要将I调得过大；每次读完I和U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)在作U－I图线时，要使较多的点落在这条直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线的两侧，忽略个别偏离直线较远的点，以减小偶然误差。
(4)干电池内阻较小时，U的变化较慢，此时，坐标轴中数据点将呈现如图甲所示的状况，为此，可使纵坐标不从零开始，如图乙所示，把坐标的比例放大，可使结果的误差减小些，此时图线与横轴交点不表示短路电流。另外，计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用r＝|eq \f(ΔU,ΔI)|算出电池的内阻r。
例1 (2023·浙江6月选考·16Ⅱ)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中：

(1)部分连线如图甲所示，导线a端应连接到________(选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上。正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图乙所示，其示数为________ V。
(2)测得的7组数据已标在如图丙所示U－I坐标系上，用作图法求干电池的电动势E＝________ V和内阻r＝________ Ω。(计算结果均保留两位小数)
例2 某同学要测量“水果电池”的电动势和内阻，提供下列仪器：
A．待测“水果电池”(电动势E约为4 V，内阻r约为200 Ω)
B．毫安表A(量程5 mA，内阻为RA＝60 Ω)
C．电压表V(量程4 V，内阻约5 kΩ)
D．电阻箱R1(0～999.9 Ω)
E．滑动变阻器R(0～1 000 Ω)
F．开关、导线若干。
(1)由于毫安表的量程太小，该同学用电阻箱R1与毫安表A并联，可使其量程扩大，取R1＝
eq \f(1,4)RA，则改装后的电流表量程为毫安表满偏电流的____倍；
(2)用改装后的电流表完成实验，应选择的实验电路是图中的________(选填“甲”或“乙”)；
(3)根据实验数据画出U－I图线，如图所示。由图线可得，“水果电池”的电动势E＝__________ V，内电阻r＝________ Ω。(均保留三位有效数字)
考点二 伏阻法
1．实验原理
闭合电路欧姆定律________________________，电路图如图所示。
2．实验器材
电源、________________、________________、开关、导线、坐标纸和刻度尺。
3．数据处理
(1)计算法：由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(E＝U1＋\f(U1,R1)r,E＝U2＋\f(U2,R2)r))
解方程组可求得E和r。
(2)图像法：由E＝U＋eq \f(U,R)r得：eq \f(1,U)＝eq \f(1,E)＋eq \f(r,E)·eq \f(1,R)。故eq \f(1,U)－eq \f(1,R)图像的斜率k＝______，纵轴截距为________，如图。
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。(均选填“>”“<”或“＝”)
例3 (2024·江西抚州市临川一中月考)在测定两节干电池电动势和内阻的实验中，某同学用到的器材有一个电压表、一个电阻箱、一个定值电阻R0、一个开关S、两节干电池、若干导线，其实验实物图如图甲所示。
(1)改变电阻箱的阻值R，用图甲中的电压表测出多组电阻箱两端的电压U。实物图甲中已连接好部分电路，请按照实验要求将剩余部分电路连接好。
(2)在坐标纸上作出eq \f(1,U)与eq \f(1,R)的关系图线如图乙所示，结合图线计算出两节干电池的电动势E＝__________，内阻r＝__________。(结果均用a、b和R0表示)
(3)若考虑电压表并非理想电压表，则电动势的测量值与真实值相比__________；内阻的测量值与真实值相比__________。(均选填“偏大”“相等”或“偏小”)
(4)另一位同学将图甲电压表的导线改接在R0的c、d端，改变电阻箱的阻值R，测出多组电压表的数据U，若用图像法测算电源的电动势和内阻，为了使得到的图线是一条直线，则该同学应描绘__________。
A.eq \f(1,U)－eq \f(1,R)图像 B．U－R图像
C.eq \f(1,U)－R图像 D．U－R2图像
考点三 安阻法
1．实验原理
闭合电路的欧姆定律________，电路图如图所示。
2．实验器材
电源、________________、________________、开关、导线、坐标纸和刻度尺。
3．数据处理
(1)计算法：由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(E＝I1R1＋I1r,E＝I2R2＋I2r))
解方程组求得E、r。
(2)图像法：由E＝I(R＋r)可得
①eq \f(1,I)＝eq \f(1,E)R＋eq \f(r,E)，可作eq \f(1,I)－R图像(如图甲)
eq \f(1,I)－R图像的斜率k＝________，纵轴截距为________。
②R＝E·eq \f(1,I)－r，可作R－eq \f(1,I)图像(如图乙)
R－eq \f(1,I)图像的斜率k＝________，纵轴截距为________。
4．误差分析
(1)误差来源：电流表有内阻，导致电源内阻测量不准确；
(2)结论：E测________E真，r测__________r真(r测＝r真＋rA)。(均选填“>”“<”或“＝”)
例4 (2023·广东梅州市二模)用一张锌片和一张铜片，中间夹一张浸过盐水的纸，并从锌片和铜片各引出一个电极，这样就组成了一个电池。为研究该电池组的特性，某同学进行了以下实验：
(1)将电池组按图甲所示接入电路，图中电流表的量程为10 mA，内阻为100 Ω；
(2)闭合开关，调节电阻箱的阻值，发现当R＝100 Ω时，电流表的示数I如图乙所示，则I＝________ mA；
(3)反复调节电阻箱的阻值，读出多组电流表的示数I(算出eq \f(1,I)的值)和对应电阻箱的阻值R，并在图中描出了相应的数据点，请利用已描出的点绘出eq \f(1,I)－R图线；
(4)由图绘出的eq \f(1,I)－R图线可知，该电池组的电动势为________ V，内电阻为________ Ω。(结果均保留3位有效数字)
例5 (2021·湖南卷·12)某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0，并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：
(1)将器材如图(a)所示连接；
(2)开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的______端(填“a”或“b”)；
(3)改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据；
(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图(b)所示，图线斜率为k，与纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为r0，该电池电动势和内阻可表示为E＝______，r＝__________________；(用R0、RA、k、d、r0表示)
(5)为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0。利用现有器材设计实验，在图(c)方框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示)；
(6)利用测出的r0，可得该电池的电动势和内阻。