2024届高考物理一轮复习（新教材鲁科版）第十章电路及应用实验十一测量电源的电动势和内阻课件

实验十一目标要求1.理解测量电源电动势和内阻的实验原理——闭合电路欧姆定律.2.掌握用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻的方法.3.掌握实物图连接的技巧.4.会用图像处理实验数据.测量电源的电动势和内阻 考点一　伏安法测电源的电动势和内阻考点二　安阻法测电动势和内阻考点三　伏阻法测电动势和内阻课时精练内容索引 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.实验器材干电池、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，按图连接好电路.滑动变阻器0.63梳理必备知识 (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.大 4.实验数据处理(2)用作图法处理数据，如图所示.①图线与纵轴交点为；②图线斜率的绝对值为.电源电动势E内阻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若采用甲图电路方法a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测的差越大，IV＝.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 ②若采用丙图电路方法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)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0.5A，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.大 例1(2023·福建宁德市质检)小明同学尝试测量电瓶车上蓄电池的电动势和内阻，并探究滑动变阻器消耗的功率P.(1)已知电源内阻比较小，移动滑动变阻器滑片时，为了使电压表示数变化比较明显，小明在思考后将R0＝7Ω的定值电阻串入电路____(选填“A”或“B”)中，解决了问题.A 由闭合电路欧姆定律U＝E－Ir0可知U值变化较小是由于r0太小，串联电阻应置于干路，故选A. (2)选定设计的实验电路后，多次调节滑动变阻器R的阻值，读出相应的电压表和电流表示数U和I，由测得的数据描绘出如图所示的U－I图像.则蓄电池的内阻r0＝_____Ω，滑动变阻器R消耗的最大功率为_____W.(结果均保留2位有效数字)1.01.1 加电阻后测量电路图为A图，由闭合电路欧姆定律有U＝E－I(r0＋R0)题图中图线的纵轴截距表示电动势E＝6.0V，斜率绝对值表示(r0＋R0)，加电阻后，将R0看作内阻的一部分，设r1＝r0＋R0， (3)该同学分析了实验中由电表内阻引起的实验误差.下列图中，实线是根据本实验的数据描点作图得到的U－I图像；虚线是该电源在没有电表内阻影响的理想情况下所对应的U－I图像.则可能正确的是____.C由电路图可知，由于电压表的分流作用，电流的测量值小于真实值，因此虚线在实线的上方，当电压表示数为零时，电流测量值与真实值相等，因此虚线与实线在I轴相交，A、B、D错误，C正确. 例2(2023·湖南省长郡中学月考)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4V，内阻r约为200Ω)B.毫安表A(量程5mA，内阻为RA＝60Ω)C.电压表V(量程U0＝4V，内阻约5kΩ)D.电阻箱R1(0～999.9Ω)E.滑动变阻器R(0～1000Ω)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＝RA，则改装后的电流表量程为毫安表满偏电流的_____倍；5设毫安表电流为IA，由并联电路的规律可得IARA＝(I－IA)R1，解得I＝5IA，因此改装后的电流表量程为毫安表满偏电流的5倍； (2)用改装后的电流表完成实验，应该选择的实验电路是图中的_____(选填“甲”或“乙”)；乙由于电流表内阻已知，因此采用题图乙电路可以避免电流表分压的误差，故选乙电路. (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.(保留三位有效数字)3.80175 改装后电流表的内阻为则由闭合电路欧姆定律可得E＝Ir＋IRA′＋U，转化可得U＝－(r＋RA′)I＋E 考点二安阻法测电动势和内阻 1.实验原理闭合电路的欧姆定律E＝IR＋Ir，电路图如图所示.梳理必备知识2.实验器材电池、、、开关、导线、坐标纸和刻度尺.电流表电阻箱 3.数据处理解方程组求得E、r.(2)图像法：由E＝I(R＋r)可得 4.误差分析(1)误差来源：电流表有电阻，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某物理兴趣小组要测量一电池组的电动势和内阻，实验室提供下列仪器：A.电池组(电动势约为3V，内阻约为10Ω)B.电压表V(量程0～15.0V，内阻约为3000Ω)C.电流表A(量程为0～2mA，内阻RA＝12Ω)D.定值电阻R0＝6ΩE.电阻箱R1(0～999Ω，0～1.0A)F.滑动变阻器R2(0～2000Ω，0～1.0A)G.导线及开关 (1)同学们根据提供的器材，设计了如图甲所示的(a)、(b)两种测量电路，经讨论后认为(a)测量电路不合理，应选(b)测量电路.请说明(a)测量电路不合理的原因：_________________.答案见解析由于电流表量程较小，若直接测量干路中电流，则测量数据范围太小，测量误差较大，故(a)测量电路不合理； (2)请在图乙中按照(b)电路图连接测量电路.答案见解析图按照电路图连接，如图； (3)连接好电路后进行实验，调节电阻箱R1，记录下各仪器的读数.若某次实验时电阻箱旋钮及电流表指针如图丙所示，则此时电阻箱的阻值为______Ω，通过电阻箱的电流大小为______mA.8753.6 如图丙电阻箱读数为875Ω；电流表读数为1.2mA，电流表扩大量程后Imax＝Ig(1＋)＝6mA，故电流表量程扩大3倍，故通过电阻箱的电流大小为3.6mA； (4)设电源的电动势为E，内阻为r，改装后电流表内阻为Rg，某次实验中电阻箱的阻值为R1，电流表的读数为I，则电源电动势的表达式为E＝______________.(用I、R1、Rg、r表示)3I(R1＋Rg＋r) 改装后电流表内阻Rg＝＝4Ω，改装后电流表量程变为原来的3倍，故实际电流值为3I，根据闭合电路欧姆定律有E＝3I(R1＋Rg＋r)； (5)将测量数据的单位统一成国际单位，根据记录数据作出如图丁所示的图像，若测得图线纵轴截距为13.5，图线斜率为0.94，则电池组电动势E＝______V，内阻r＝_____Ω.(结果均保留到小数点后一位)3.210.4解得E＝3.2V，r＝10.4Ω； (6)误差分析：(b)测量电路设计方案及上述数据处理方法使电源电动势测量值__________(选填“偏大”“偏小”或“不受影响”).不受影响由于改装后电流表测量的是干路电流的真实值，故求得的电源电动势也是真实值，故不受影响. 考点三伏阻法测电动势和内阻 1.实验原理闭合电路欧姆定律E＝U＋，电路图如图所示.梳理必备知识2.实验器材电池、、、开关、导线、坐标纸和刻度尺.电压表电阻箱 3.数据处理解方程组可求得E和r. 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(2021·全国乙卷·23)一实验小组利用图(a)所示的电路测量一电池的电动势E(约1.5V)和内阻r(小于2Ω).图中电压表量程为1V，内阻RV＝380.0Ω；定值电阻R0＝20.0Ω；电阻箱R最大阻值为999.9Ω；S为开关.按电路图连接电路.完成下列填空：(1)为保护电压表，闭合开关前，电阻箱接入电路的电阻值可以选_______Ω(填“5.0”或“15.0”)；15.0 代入数据解得R＋r＝9.5Ω，故R>7.5Ω因此电阻箱接入电路的电阻值选15.0Ω. (2)闭合开关，多次调节电阻箱，记录下阻值R和电压表的相应读数U； 由闭合电路的欧姆定律可得 (5)通过图(b)可得E＝______V(保留2位小数)，r＝______Ω(保留1位小数)；1.551.0 代入可得E≈1.55V，r≈1.0Ω.延长图线，得到图线与纵轴的交点为0.85V－1， (6)若将图(a)中的电压表当成理想电表，得到的电源电动势为E′，由此产生的误差为×100%＝_____%.5 如果电压表为理想电压表，则有 四课时精练 1.(2023·福建省莆田第二中学模拟)某同学在测量两节干电池串联时的电动势和内阻时所用的器材如下：A.两节干电池：总电动势约为3V，总内阻约为0.5Ω；B.电压表V：量程为3V，内阻为几千欧；C.电流表A：量程为100mA，内阻为4.5Ω；D.定值电阻R0：阻值为0.5Ω；E.滑动变阻器R：0～20Ω；F.开关，导线若干.1234 (1)该同学设计出如图甲所示的电路图，根据电路图用笔画线在图乙中将实物图连接完整.1234答案见解析图 1234电路图如图所示. (2)实验中，该小组闭合开关，调节滑动变阻器，多次测量得出多组电压表的示数U和电流表的示数I，通过描点画出电源的U—I图像如图丙所示，该两节干电池的总电动势E＝_____________________V(结果保留三位有效数字)，总内阻r＝_____________________Ω(结果保留两位有效数字).12342.95(2.94～2.96均可)0.50(0.49～0.51均可) 1234电流表与定值电阻并联后得到的改装电流表的量程为1A，内阻RA＝0.45Ω，故U－I图像的纵轴截距为两节干电池的总电动势，由题图丙可知E＝2.95V.U－I图像斜率的绝对值等于10(RA＋r)，故RA＋r＝0.95Ω，解得r＝0.50Ω. (3)电流表的内阻对两节干电池总电动势的测量结果______(填“有”或“没有”)影响.1234没有当电流表的示数为0时，外电压等于两节干电池的总电动势，故电动势没有系统误差，所以电流表的内阻对两节干电池总电动势的测量结果没有影响. 2.(2021·天津卷·10)随着智能手机的广泛应用，充电宝成为手机及时充电的一种重要选择.充电宝可以视为与电池一样的直流电源.一充电宝的电动势约为5V，内阻很小，最大放电电流为2A，某实验小组测定它的电动势和内阻.他们剥开充电宝连接线的外绝缘层，里面有四根导线，红导1234线为充电宝的正极，黑导线为充电宝的负极，其余两根导线空置不用，另有滑动变阻器R用于改变电路中的电流，定值电阻R0＝3Ω，两只数字多用电表M、N，两表均为理想电表，并与开关S连成如图所示电路. (1)图中测量电流的电表是___，测量电压的电表是_____.(均填写字母“M”或“N”)1234NM电表N串联在电路中，测量干路电流，所以N为电流表；电表M一端接在开关上，另一端接在充电宝的负极，闭合开关后相当于并联在电源两端，所以M为电压表，测量路端电压； (2)调节滑动变阻器，测得多组I、U数据，记录如下表，其中只有一个数据记录有误，审视记录的数据，可以发现表中第____次的记录数据有误.(填测量次数的序号)1234次数1234567电流I/A0.2990.4770.6840.8771.0651.2811.516电压U/V4.9704.9524.9324.9424.8944.8724.8484 1234题中表格中的电流I不断增大，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知路端电压U不断减小，电压表的示数不断减小，所以第4次的记录数据有误；次数1234567电流I/A0.2990.4770.6840.8771.0651.2811.516电压U/V4.9704.9524.9324.9424.8944.8724.848 (3)电路中接入R0可以达到下列哪个效果______.(填选项前的字母)A.使测电流的电表读数变化明显B.为了更准确地测量充电宝内阻C.避免使充电宝的放电电流过大D.减小测量电压的电表分流作用1234C 1234因为充电宝的内阻很小，所以电阻R0串联在电路中，起保护电路的作用，避免使充电宝的放电电流过大损坏电路中的器件.故选C. 3.(2023·福建省百校联合高三测评)某学习小组欲测量某型号手机所用锂电池的电动势E和内阻r(电动势约为4V，内阻约为几欧)，他们找到的器材有：电压表V(量程为6V，内阻约为6.0kΩ)、定值电阻R0＝10Ω、电阻箱R(0～999.9Ω)、开关S一只、导线若干.1234 (1)请以笔画线代替导线将图甲中的实物图补充完整；1234答案见解析图 1234根据题图乙的图像可知电压表测量电阻箱两端的电压，实物图连接如图所示. (2)闭合开关，调节电阻箱的阻值R，得到多组测量数据，根据测量数据作出U－图像，如图乙所示.则该锂电池的电动势E＝_____________________V，内阻r＝____________________Ω.(结果均保留三位有效数字)12343.75(3.74～3.76都对)5.00(4.90～5.10都对) 1234 12344.利用如图(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999.9Ω)，电阻R0(阻值为3.0Ω)，电阻R1(阻值为3.0Ω)，电流表(量程为200mA，内阻为RA＝6.0Ω)，开关S. 1234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_________________. 1234根据闭合电路欧姆定律有 1234(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0Ω时，电流表的示数如图(b)所示，读出数据，完成下表.答：①_______，②_______.R/Ω1.02.03.04.05.06.0I/A0.1430.125①0.1000.0910.084/A－16.998.00②10.011.011.90.1109.09 1234 1234(3)在图(c)的坐标纸上描点并作图，根据图线求得斜率k＝___________________A－1·Ω－1，截距b＝___________________A－1.答案见解析图1.0(0.96～1.04均可)6.0(5.9～6.1均可)在坐标纸上描点，画出一条直线，得出斜率k＝1.0A－1·Ω－1，截距b＝6.0A－1. 1234(4)根据图线求得电源电动势E＝__________________V，内阻r＝_________________Ω.3.0(2.9～3.1均可)1.0(0.7～1.3均可)