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高考物理实验特训9测定电源的电动势和内阻

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实验九:测定电源的电动势和内阻一、实验目的(1)测定电源的电动势和内阻。(2)加深对闭合电路欧姆定律的理解。二、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)用作图法处理数据,如图1所示.图1①图线与纵轴交点为E;②图线与横轴交点为I短=;③图线的斜率表示r=||.三、实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。四、基本操作(1)电流表用0.6A量程,电压表用3V量程,按实验原理图连接好电路.(2)把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端.(3)闭合开关,调节变阻器,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.五、数据处理求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.15\n六、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0.5A,读数要快.(3)要测出不少于6组的(U,I)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.(5)电流表要内接(因为r很小).七、误差分析(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.考点一 实验原理与操作[典例1] (2022·北京高考)利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。图实91(1)应该选择的实验电路是图实91中的______(选填“甲”或“乙”)。(2)现有电流表(0~0.6A)、开关和导线若干,以及以下器材:A.电压表(0~15V)     B.电压表(0~3V)C.滑动变阻器(0~50Ω)D.滑动变阻器(0~500Ω)实验中电压表应选用______;滑动变阻器应选用______。(选填相应器材前的字母)(3)某位同学记录的6组数据如下表所示,其中5组数据的对应点已经标在图实92的坐标纸上,请标出余下一组数据的对应点,并画出UI图线。序号123456电压U(V)1.451.401.301.251.201.10电流I(A)0.0600.1200.2400.2600.3600.48015\n图实92图实93(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E=______V,内电阻r=______Ω。(5)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化。图实93的各示意图中正确反映PU关系的是________。[答案] (1)甲(2)B C(3)如图所示(4)1.50(1.49~1.51) 0.83(0.81~0.85)(5)C15\n[考点总结·要点谨记]1.实验电路的选择[对应第(1)题]干电池的内阻很小,电流表应内接。2.实验仪器的选择[对应第(2)题](1)干电池的电动势大约为1.5V,电压表应选择量程为3V的。(2)滑动变阻器的选择要注意保证实验的安全性及方便调节的问题。3.根据实验数据作图的能力[对应第(3)题]4.通过图线获取信息的能力[对应第(4)题](1)在电源的UI图线中,若两坐标轴均从零开始的,则图线与U轴的截距为电源电动势,图线与I轴的截距为电源的短路电流;(2)若U轴不以零开始,则U轴截距仍为电动势,I轴截距不再是短路电流,则r=。5.电源输出功率与路端电压的关系[对应第(5)题]根据电源最大输出功率的条件,当外电阻等于电源内阻时,电源输出功率最大。此时电压表示数等于电源电动势的一半,选项C正确。考点二 数据处理与误差分析[典例2] 用图实98所示电路,测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小,为了防止在调节滑动变阻器时造成短路,电路中用一个定值电阻R0起保护作用。除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有:图实98A.电流表(量程0.6A、3A);B.电压表(量程3V、15V);C.定值电阻(阻值1Ω、额定功率5W);D.定值电阻(阻值10Ω、额定功率10W);E.滑动变阻器(阻值范围0~10Ω、额定电流2A);F.滑动变阻器(阻值范围0~100Ω、额定电流1A)。那么:(1)要正确完成实验,电压表的量程应选择________V,电流表的量程应选择________A;R015\n应选择________Ω的定值电阻,R应选择阻值范围是________Ω的滑动变阻器。(2)引起该实验系统误差的主要原因是________________________________________________________________________________________________________________。[答案] (1)3 0.6 1 0~10 (2)由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小[考点总结·要点谨记]1.数据的分析和处理、选择合适的实验器材[对应第(1)题](1)干电池的电动势为1.5V,故选量程为3V的电压表。(2)实验中要求通过电源的电流不超过0.6A。(3)保护电阻不宜太大,否则会使得电流表、电压表示数的变化范围太小,造成较大的误差。(4)滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了,取0~10Ω能很好地控制电路中的电流和电压,若取0~100Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。2.系统误差产生的原因[对应第(2)题],系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的,一般具有倾向性,总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小,造成E测<E真,r测<r真。考点三 实验的改进与创新[典例3] (2022·福建高考)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻,实验原理如图实1016甲所示,其中,虚线框内为用灵敏电流计改装的电流表,为标准电压表,E为待测电池组,S为开关,R为滑动变阻器,R0是标称值为4.0Ω的定值电阻。(1)已知灵敏电流计的满偏电流Ig=100μA、内阻rg=2.0kΩ,若要改装后的电流表满偏电流为200mA,应并联一只________Ω(保留一位小数)的定值电阻R1。(2)根据图甲,用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路。图实91615\n(3)某次实验的数据如下表所示:测量次数12345678电压表读数U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改装表读数I/mA20406080100120140160该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法),计算出电池组的内阻r=________Ω(保留两位小数);为减小偶然误差,逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是______________________________________________________________________。(4)该小组在前面实验的基础上,为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响,用一已知电动势和内阻的标准电池组,通过上述方法多次测量后发现:电动势的测量值与已知值几乎相同,但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误,则内阻测量值总是偏大的原因是________。(填选项前的字母)A.电压表内阻的影响B.滑动变阻器的最大阻值偏小C.R1的实际阻值比计算值偏小D.R0的实际阻值比标称值偏大[答案] (1)1.0 (2)如图所示 (3)1.66 充分利用已测得的数据 (4)CD15\n[考点总结·要点谨记]1.考查知识点的创新[对应第(1)题]借助测定电池组的电动势和内阻实验,考查了电流表的改装,电流表改装的原理为:并联一只电阻R1,Igrg=(I-Ig)R1,即R1=3.数据处理的创新[对应第(3)题](1)“逐差法”一般应用在通过纸带求解加速度的实验中,本实验所记录的数据中的读数中依次相差20mA。所以也可采用逐差法计算电池组的内阻。(2)根据电源的伏安特性曲线可知,电源的内阻r=-R0,结合逐差法可得,r+R0=÷4=≈5.66Ω,所以r≈1.66Ω。(3)采用逐差法处理实验数据时能够充分利用已测得的数据,以减小实验的偶然误差。4.误差分析的创新[对应第(4)题]电动势测量值误差很小,说明电压表分流产生的误差可以忽略不计;通过电源的电流的测量值小于真实值,即与电流计并联的电阻R1的实际值小于计算值;由电源内阻的计算式r=-R0知,若R0标称值比实际值小,会导致内阻测量值总是偏大。还可以用以下几种方法测定电源的电动势和内阻。安阻法伏阻法伏伏法电路图原理E=I(R+r)E=U+rE=U1+U2+rE=U1′+r误差E测=E真,r测>r真E测<E真,r测<r真15\n1.(2022·湛江模拟)某研究性学习小组欲用电压表V、电阻箱R、定值电阻R0、开关S和若干导线测定某电池组的电动势.图15(1)在图15甲中,根据图15乙电路图用笔画线代替导线,将实物图连接成完整的实验电路.(2)闭合开关S,调整电阻箱阻值R,读出电压表V相应示数U.该学习小组测出大量数据,分析筛选出如表所示的R、U数据,并计算相应的与的值.请用表中数据在图15丙坐标纸上描点,并作用-图线.R/Ω16671.450.033.325.020.0U/V7.75.44.53.62.92.5I/R(×10-2Ω-1)0.601.402.003.004.005.00I/U/V-10.130.190.220.280.340.40(3)从图线中可求得待测电池组的电动势E=______V(4)根据该小组设计的实验电路,会存在系统误差,试分析测得的电动势比实际电动势偏______.(填“大”或“小”)(5)若要测该电池组的内阻,应知道定值电阻的阻值,用多用表测量该定值电阻的表盘指针如图15丁所示,欧姆挡位如图15戊所示,则知定值电阻的阻值是______Ω.【答案】(1)(2)如图 (3)10 (4)小 (5)50【解析】(1)根据电路图,画出的实物图.15\n(2)根据上表所示实验数据,在坐标系中描出对应的点,然后根据坐标系中的点作直线,作出-图象:(3)由闭合电路欧姆定律可得:U=R变形得:=+=由数学知识可知,图象中的斜率为:k=截距为:b=由图可知,b=0.1所以E==10V.(4)因该接法中由于电压表的分流而导致干路电流示数偏小,但电压表是准确的,故图象比真实图象要向上偏,同时,当电路短路时,电压表的分流是可以忽略的,故短路电流是准确的,故图象与横轴的交点不变,所以电动势的测量值小于真实值.内阻小于真实值.(5)由欧姆表的读数方法可知,电阻读数为:5×10=50Ω.2.用如图16所示电路测量干电池的电动势和内阻(电动势约为1.5V,内阻约0.5Ω,允许通过的最大电流0.6A).图中电压表的量程为2.0V,内阻3000Ω;电流表的量程为0.10A,内阻5.0Ω.除被测电池、开关和导线外,还有如下器材:15\n图16A.滑动变阻器:阻值范围0~10ΩB.滑动变阻器:阻值范围0~100ΩC.定值电阻:阻值为1ΩD.定值电阻:阻值为100Ω(1)为了满足实验要求并保证实验的精确度,R2应选阻值为________Ω的定值电阻;为便于调节,图中R1应选择阻值范围是________Ω的滑动变阻器.(2)实验中,当电流表读数为0.10A时,电压表读数为1.16V;当电流表读数为0.05A时,电压表读数为1.28V.则可以求出E=________V,r=________Ω.【答案】(1)1 0~10 (2)1.4 0.4【解析】(1)因电流表的内阻为5.0Ω,为了保护电流表,根据并联电路的特点,应并联一个小电阻,使流过此支路的电流比较大,达到保护电流表的目的,R2应选1Ω;根据并联电路的特点,并联电路的总电阻比任意支路的电阻都要小,为达到能明显控制电路总电阻的变化,应选用与电压表内阻阻值相差大的滑动变阻器,选阻值范围为0~10Ω的滑动变阻器.(2)根据题意,U1=1.16V,I1=0.10A,U2=1.28V,I2=0.05A.利用闭合电路欧姆定律得:E=U1+[+(I1+)]r,E=U2+[+(I2+)]r,代入数据可解得E=1.4V,r=0.4Ω.3.(2022·湛江质检)某同学为了较精确地测量某一节干电池的电动势和内阻,实验室准备了下列器材:A.待测干电池E(电动势约为1.5V,内阻约为1Ω)B.电流表G(满偏电流3.0mA,内阻为100Ω)C.电流表A(量程0~0.6A,内阻约为1Ω)D.滑动变阻器R1(0~10Ω,额定电流为2A)E.滑动变阻器R2(0~1kΩ,额定电流为1A)F.定值电阻R0(阻值为900Ω)G.开关一个,导线若干(1)为了能比较准确地进行测量,同时还要考虑操作的方便,实验中滑动变阻器应选________.(2)根据题意在图17中画出该实验所需要的电路图.(3)根据电路图,将实物图18连接起来,组成完整的电路.15\n    图17          图18(4)如图19所示,是某同学根据正确的实验得到的数据作出的图线,其中,纵坐标I1为电流表G的示数,横坐标I2为电流表A的示数,由图可知,被测干电池的电动势为________V,内电阻为________Ω.(保留两位有效数字)图19【答案】(1)D (2)如图所示(3)如图所示(4)1.4(1.38~1.42均可)0.67(0.66~0.68均可)【解析】(1)选择滑动变阻器阻值较小的D,操作方便,且能比较准确地进行测量.(2)考虑到实验器材中没有电压表,而有电流表G(满偏电流为3.0mA,内阻为100Ω)与定值电阻R0(阻值为900Ω),可将二者串联改装为电压表.(3)据电路图连接实物图时,注意电流表的正负极.(4)从题图中直线与纵轴的截距读出I1′=1.4mA,则干电池的电动势E=I1′(R0+RG)=1.4V;当电流表A的示数I2=0.6A时,电流表G的示数为I1=1.0mA,则通过干电池的电流I=I1+I2=0.601A,此时干电池输出电压U=I1(R0+RG)=1.0V,所以,干电池电阻r=≈0.67Ω.4.(2022·郑州一模)在“测定电源电动势和内阻”的实验中,提供了如图甲、乙、丙所示的三组器材.15\n(1)请把能完成实验的器材都连成电路.(2)某同学根据他的实验数据作出了如图丁所示的图象,由此可知该同学选用的是________组器材进行实验(填“甲”“乙”或“丙”).根据图象可得出电源的电动势E=__________V,内阻r=______Ω.(忽略电表内阻的影响,结果保留两位有效数字)【答案】(1)如图所示 (2)丙 1.4(1.3~1.5) 1.0(0.80~1.1)【解析】(2)该同学选用的是丙组器材进行实验,R=E-r,由题图可以得到斜率为1.4,R轴截距为-1,所以电动势E=1.4V,内阻r=1Ω.5.(2022·长春一模)某同学用如图20甲所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r,R为电阻箱.实验室提供的器材如下:电压表(量程0~3V,内阻约3kΩ),电阻箱(阻值范围0~999.9Ω),开关、导线若干.(1)请根据图20甲的电路图,在图20乙中画出连线,将器材连接成实验电路;(2)实验时,改变并记录电阻箱R的阻值,记录对应电压表的示数U,得到如下表所示的若干组R、U的数据.根据图20丙所示,表中第4组对应的电阻值读数是__________Ω;15\n图20—12345电阻R/Ω60.535.220.09.9电压U/V2.582.432.222.001.78—678910电阻R/Ω5.84.33.52.92.5电压U/V1.401.181.050.930.85(3)请写出和的函数关系式(用题中给的字母表示)____________,根据实验数据绘出如图丁所示的图线,读出图线的截距为b,斜率为k,由此得出电池组的电动势E=____________,内电阻r=____________.(此小题全用题中所给的字母表示)【答案】如图所示(2)13.7 (3)=+  6.某同学利用电压表和电阻箱测定一种特殊电池的电动势(电动势E在9V左右,内阻r约为50Ω).已知该电池允许输出的最大电流为150mA,该同学利用如图21所示的电路进行实验,图中电压表的内阻约为2kΩ,R为电阻箱,阻值范围0~9999Ω,R0是定值电阻,起保护电路的作用.图21(1)实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格:A.2ΩB.20ΩC.200ΩD.2000Ω本实验应选________作为保护电阻.(填入相应的字母)(2)在图22的实物图中,已正确地连接了部分电路,请完成余下电路的连接.15\n图22(3)该同学完成电路的连接后,闭合开关S,调节电阻箱的阻值,读取电压表的示数,其中电压表的某一次偏转如图23所示,其读数为________.图23(4)改变电阻箱阻值,取得多组数据,作出了如图24所示的图线,则根据该同学所作出的图线可求得该电池的电动势E为______V,内阻r为______Ω.(结果保留两位有效数字)图24(5)用该电路测电动势与内阻,测量值和真实值的关系E测________E真,r测________r真.(填“大于”“小于”或“等于”)【答案】(1)B (2)如图所示(3)6.5V (4)10 50 (5)小于 小于【解析】(1)电路中的电流最大为150mA,电路中的总电阻最小为Rmin===60Ω,则保护电阻的最小值为R0=Rmin-r=10Ω,故应选B.(2)连接时要注意电压表的量程应选择15V的量程,另外连线要画在接线柱上,连线尽量不要从实验仪器上过.(3)电表的读数可以直接读出来,注意用的是15V的量程.(4)由题意有,U=E-r,化简后得出=+·,由题图知=0时,=,E=1015\nV,图线的斜率为,则r=(/)·E=50Ω.(5)依据=+·可知,当→0时,=,而在实验中不可能为零,故实验中测得的电动势E=U(1+·r)小于真实值.根据r=(/)·E得出的内阻r的值也偏小.15

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发布时间:2022-08-25 22:47:54 页数:15
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文章作者:U-336598

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