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高考总复习物理课件 实验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\n考点一 实验目的1.测定电源的电动势和内电阻;2.加深对闭合电路欧姆定律的理解.考点二 实验原理\n测量电路的原理图如图1所示,根据闭合电路欧姆定律,可得电池的电动势E、内阻r、路端电压U、电流I的关系为U=E-Ir.对于一定的电池,E、r都是一定的,所以改变滑动变阻器R的阻值时,可以测得多组U、I数据,代入上式可得U1=E-I1r、U2=E-I2r、U3=E-I3r……以上方程,两两组成方程组,可以求得多组E、r,取其平均值作为电池的电动势和内阻的大小.图1\n由U=E-Ir说明,U和I是线性关系,所以可在U—I坐标平面内描出各组(U,I)值所对应的点,然后尽量多地通过这些点作一条直线,如图2所示,则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距),直线与横轴交点的横坐标即是电池的短路电流I0=E/r,由此可求得电池的内阻r=E/I0.图2\n考点三 实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、直尺考点四 实验步骤1.电流表用0.6A量程,电压表用3V量程,按图1所示连接好电路;2.把滑动变阻器的滑片移动到右端,使有效电阻最大;3.闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显示数,记录一组数据(I1,U1).用同样的方法测量几组I、U数据,将记录的数据填入表格中;4.打开电键,整理好器材.\n考点五 数据处理本实验中数据的处理方法,一是联立方程求解的公式法,二是描点画图法.第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A\n方法一:取六组对应的U、I数据,数据满足的关系式U1=E-I1r、U2=E-I2r、U3=E-I3r……让第1式和第4式联立方程,第2式和第5式联立方程,第3式和第6式联立方程,这样解得三组E、r,取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小.方法二:以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U—I坐标系,在坐标平面内描出各组(U,I)值所对应的点,然后尽量多地通过这些点作一条直线,不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧,则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距),直线的斜率大小即为电池的内阻r.\n考点六 误差分析1.本实验采用的图1所示的测量电路是存在系统误差的,这是由于电压表的分流Iv引起的,使电流表的示数I测小于电池的输出电流I真.因为I真=I测+Iv,而Iv=U/RV,U越大,IV越大,U趋近于零时IV也趋近于零.所以图2中图线与横轴的交点为真实的短路电流,而图线与纵轴的交点为电动势的测量值,比真实值偏小.修正后的图线如图3所示,显然,E、r的测量值都比真实值偏小,r测<r真、E测<E真;图3\n2.电表读数带来的误差;3.如果将六组数据按先后顺序两两依次组成方程组,由于两组数据相邻,变化较小,计算(或测量)误差较大.为此,注意是前后数据交叉组成方程组;4.用图象法求电动势和内电阻时,作图不准确造成误差;5.处理图象进行分析计算造成的误差.\n考点七 注意事项1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已经使用一段时间的1号干电池为待测对象;2.干电池在大电流放电时极化现象较为严重,电动势E会明显下降,内阻r会明显增大,故长时间放电不宜超过0.3A,短时间放电不宜超过0.5A,因此,实验中不要将I调得过大,读电表示数要快,每次读完要立即断电;\n3.干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小,即不会比电动势小很多.这种情况,在画U—I图线时纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据测得的数据从某一个恰当值开始(横坐标I必须从零开始).此时,图线与横轴的交点不再是短路电流,但是直线斜率的绝对值仍然是电池内阻;4.测出不少于6组I、U数据,且变化范围要大些.画U—I图线时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去不考虑,以减小偶然误差.\n题型一 实验原理及数据处理[例1]用电流表和电压表测定电池的电动势E和内电阻r,所用的电路如图4所示,一位同学测得的6组数据如下表所示.图4\n组别I/(A)U/(V)10.121.3720.201.3230.311.2440.321.1850.501.1060.571.05(1)试根据这些数据在图5中作出U—I图线.\n图5(2)根据图线得出电池的电动势E=________V,电池的内阻r=________Ω.\n(3)若不作出图线,只选用其中两组U和I的数据,可利用公式E=U1+I1r和E=U2+I2r算出E和r,这样做可能得出误差很大的结果,选用第________组和第________组的数据,求得E和r误差最大.\n[解析](1)图线如图6所示.(2)作图线时应把个别不合理的数据排除,由直线与纵轴的交点可读出电动势E=1.46V,再读出直线与横轴的交点的坐标(0.65,1.0),连同得出的E值代入E=U+Ir中,得r==0.71Ω.\n(3)选用第3组和第4组数据求得的E和r误差最大.选用这两组数据求E和r,相当于过图中3和4两点作一直线,利用此直线求出E和r,而此直线与所画的直线偏离最大,实际上,第4组数据不合理,已经排除.[答案](1)如图6所示(2)1.460.71(3)34\n题后反思:用图象法处理数据是该实验的一个重点,在高考中经常出现.需要注意两点:(1)作图时,应使尽量多的点分布在直线上,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,个别离直线较远的点可忽略.(2)如果U—I图象坐标原点是U轴、I轴的零点,那么图线与U轴交点表示电动势E,与I轴交点坐标表示电源短路电流,内阻r=.当然,电源内阻也可以用r=.\n(2009·镇江模拟)利用电压表和电流表测一节电池的电动势E和内电阻r,电路如图7所示,图中R1为粗调滑动变阻器,R2为微调滑动变阻器,实验得到的四组数据,如表中所示.图7\n(1)表中数据经处理后,可以确定电动势E=______V,内电阻r=________Ω.(2)现有滑动变阻器:A(0~10Ω,1A),B(0~50Ω,0.5A),C(0~500Ω,0.5A).那么在本次实验中,滑动变阻器R1应选用________,R2应选用________(选填“A”、“B”或“C”).I/mAU/V50.01.3575.01.35100.01.20150.01.05\n答案:(1)根据表中数据作出电源的U—I图象,如图8所示,从图中可以得出,图线在U轴上的截距为1.5V,即电源的电动势为:E=1.5V,图线斜率的绝对值为3,即电源的内电阻为:r=3Ω.(2)粗调变阻器的最大阻值较大,为了便于调节,滑动变阻器R1应选B;微调变阻器的阻值较小,R2应选A.图8\n题型二 实验原理、方法的创新[例2](2009·北京高考)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池.该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9Ω,可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig=0.6A,内阻rg=0.1Ω)和若干导线.\n(1)请根据测定电动势E和内电阻r的要求,设计图9(1)中器件的连接方式,画线把它们连接起来.图9\n(2)接通开关,逐次改变电阻箱的阻值R,读出与R对应的电流表的示数I,并作记录.当电阻箱的阻值R=2.6Ω时,其对应的电流表的示数如图9(2)所示.处理实验数据时,首先计算出每个电流值I的倒数;再制作R—坐标图,如图10所示,图中已标注出了(R,)的几个与测量对应的坐标点.请你将与图9(2)实验数据对应的坐标点也标注在图10上.图10\n(3)在图10上把描绘出的坐标点连成图线.(4)根据图10描绘出的图线可得出这个电池的电动势E=________V,内电阻r=________Ω.\n[解析]本题考查测量电源电动势和内阻实验的设计和数据处理,意在考查考生实验设计的能力和处理实验数据的能力等.(1)先设计实验电路图,然后再根据电路图连线.由欧姆定律E=I(R+r)知,只要知道两组外电阻和电流值,就可以解出电源电动势和内阻.因此,直接将可变电阻和电流表串联在电路中就行.(2)由电表可读出此时电流为0.50A,则坐标为(2,2.6).再在坐标纸上描出该点.(3)剔除明显有误差的点,将其他点用平滑的曲线连接起来,得到一条直线.\n(4)将欧姆定律的表达式E=I(R+r)变形得R=-r,由此式可知,外电阻和电流的倒数呈线性关系.将图中的直线延长,与纵坐标轴的交点值为-r=-0.3,则电阻为0.3Ω,直线的斜率为k=E==1.5(V).\n[答案](1)如图11(1)所示(2)如图11(2)所示(3)如图11(2)(4)1.5(1.46~1.54)0.3(0.25~0.35)图11\n题后反思:该类题目是在课本实验的基础上进行变更而来的,考查知识的迁移运用.要重视对实验的研究,理解实验原理、方法,提高用图象处理数据的能力.\n甲同学设计了如图12所示的电路测电源电动势E及电阻R1和R2的阻值.实验器材有:待测电源E(不计内阻),待测电阻R1,待测电阻R2,电压表V(量程为0~1.5V,内阻很大),电阻箱R(0~99.99Ω),单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干.图12\n(1)先测电阻R1的阻值.请将甲同学的操作补充完整:闭合S1,将S2切换到a,调节电阻箱,读出其示数r和对应的电压表示数U1,保持电阻箱阻值不变,__________,读出电压表的示数U2.则电阻R1的表达式为R1=__________.图13\n(2)甲同学已经测得电阻R1=4.8Ω,继续测电源电动势E和电阻R2的阻值.该同学的做法是:闭合S1,将S2切换到a,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U,由测得的数据,绘出了如图13所示的-图线,则电源电动势E=________V,电阻R2=________Ω.\n(3)利用甲同学设计的电路和测得的电阻R1,乙同学测电源电动势E和电阻R2的阻值的做法是:闭合S1,将S2切换到b,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U,由测得的数据,绘出了相应的-图线,根据图线得到电源电动势E和电阻R2.这种做法与甲同学的做法比较,由于电压表测得的数据范围________(选填“较大”、“较小”或“相同”),所以________同学的做法更恰当些.\n答案:(1)S2接a时,电压表的示数即为电阻箱两端的电压U1,S2接b时,电压表的示数即为电阻箱和待测电阻R1的电压之和U2,所以缺省操作应为“将S2切换到b”.根据串联分压关系可得:解得待测电阻R1的阻值为:\n\n\n(3)甲同学测量的是电阻箱两端的电压,而乙同学测量的是电阻箱和电阻R1的电压之和,乙同学测得的电压范围较小,所以甲同学的做法更恰当些.\n1.(2009·东莞模拟)在“用电压表和电流表测电池的电动势和内阻”的实验时,一般是不用新电池而用旧电池进行实验,其原因是:旧电池的内阻较大,而新电池的内阻很小,实验时,电压表的读数变化很小,从而影响测量值的精确性.如果要较为精确地测量一节新电池的内阻,可用以下给定的器材和一些导线来完成实验.\n图14\n(1)用连线的方法将图14中的这些仪器连成电路.(2)写出实验得出的新电池内阻r的表达式,并说明各字符的物理含义.\n答案:(1)电路连接如图15所示图15\n(2)新电池内阻的表达式是r=,式中U1、U2、I1、I2分别是滑动变阻器阻值改变时电压表和电流表对应的读数,R0是接入电路的电阻箱的阻值(此值直接从电阻箱上读出,一般为几欧姆).\n2.(2009·山东莱芜)在测定一节水果电池的电动势和内阻的实验中,备有下列器材:A.水果电池E(电动势大约0.3V,内电阻约3Ω)B.电流表A1(满偏电流3mA,内阻100Ω)C.电流表A2(满偏电流100mA,内阻约1Ω)\nD.电压表V(0~3V,内阻约1000Ω)E.滑动变阻器R1(0~20Ω,1A)F.滑动变阻器R2(0~200Ω,1A)G.开关S和导线若干(1)为了方便且能准确地进行测量,其中应选用的滑动变阻器是________(用序号字母表示);\n(2)请在虚线框图中画出测量电池电动势和内阻的实验电路图,并用题中所给的相应的符号标注.\n答案:(1)E为了便于操作,使滑动变阻器使用的有效导线的长度较大,滑动变阻器应选E;图16\n(2)由于电源的电动势较小,使用电压表测量电压误差较大,采用两个电流表进行测量,计算出电源的路端电压,实验电路如图16所示.\n3.(2009·安徽高考)用如图17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17\n(a)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).\n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;R0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___________.\n解析:本题主要考查的知识点是测电源的电动势和内电阻,意在考查考生对电学实验器材的选择能力和误差分析能力.答案:(1)30.610~10(2)电压表的分流4.现要按图18所示的电路测量一节旧干电池的电动势E(约1.5V)和内阻r(约20Ω),可供选择的器材如下:\n电流表A1、A2(量程0~500μA,内阻约为500Ω),滑动变阻器R(阻值0~100Ω,额定电流1.0A),定值电阻R1(阻值约为100Ω),电阻箱R2、R3(阻值0~999.9Ω),开关、导线若干.由于现有电流表量程偏小,不能满足实验要求,为此,先将电流表改装(扩大量程),然后再按图①电路进行测量.\n图18(1)测量电流表A2的内阻按图②电路测量A2的内阻,以下给出了实验中必要的操作.A.断开S1B.闭合S1、S2\nC.按图②连接线路,将滑动变阻器R的滑片调至最左端,R2调至最大D.调节R2,使A1的示数为I1,记录R2的值.E.断开S2,闭合S3F.调节滑动变阻器R,使A1、A2的指针偏转适中,记录A1的示数I1请按合理顺序排列实验步骤(填序号):________.\n(2)将电流表A2(较小量程)改装成电流表A(较大量程)如果(1)中测出A2的内阻为468.0Ω,现用R2将A2改装成量程为20mA的电流表A,应把R2调为________Ω与A2并联,改装后电流表A的内阻RA为________Ω.图19\n(3)利用电流表A、电阻箱R3,测电池的电动势和内阻用电流表A、电阻箱R3及开关S按图①所示电路测电池的电动势和内阻.实验时,改变R3的值,记录下电流表A的示数I,得到若干组R3、I的数据,然后通过作出有关物理量的线性图象,求得电动势E和内阻r.\na.请写出与你所作线性图象对应的函数关系式___.b.请在图19虚线框内坐标中作出定性图象(要求标明两个坐标轴所代表的物理量,用符号表示).c.图中________表示E.图中________表示r.\n图20\n\n答案:(1)CBFEDA(2)1211.7(3)a.R3+RA=-rb.略c.直线的斜率 直线与纵轴截距的绝对值\n5.某同学设计了一个如图21所示的实验电路,用以测定电源电动势和内阻,使用的实验器材为:待测干电池组(电动势约3V)、电流表(量程0.6A,内阻小于1Ω)、电阻箱(0~99.99Ω)、滑动变阻器(0~10Ω)、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干,考虑到干电池的内阻较小,电流表的内阻不能忽略.\n图21\n(1)该同学按图21连线,通过控制开关状态,测得电流表内阻约为0.20Ω.试分析该测量产生误差的原因是__________________________.(2)简要写出利用图21所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤:①__________________________;②__________________________.\n(3)图22是由实验数据绘出的-R图象,由此求出待测干电池组的电动势E=__________V、内阻r=__________Ω.(计算结果保留三位有效数字)图22\n\n\n答案:(1)满偏时滑动变阻器阻值与电流表阻值之比偏低;电阻箱的阻值不能连续调节.(2)①断开K,将R旋至最大值,S掷向D;②调小R直到电流表指针有足够偏转,改变R值测出几组I随R变化的数据.(3)2.86(2.76~2.96均可)2.37(2.27~2.47均可)\n6.现有器材:量程为10.0mA、内阻为30Ω~40Ω的电流表一个,定值电阻R1=150Ω,定值电阻R2=100Ω,单刀单掷开关K,导线若干.要求利用这些器材测量一干电池(电动势约1.5V)的电动势.(1)按要求在图23和图24两实物图上连线.图23\n图24\n(2)用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表达式为E=________.式中各直接测得量的意义是:________.解析:本题提供了两只定值电阻及开关、导线等,要求测量电池的电动势.这是一个设计型实验,方案是多种多样的,下列答案是较简单的一种方案.据闭合电路的欧姆定律,对上列两图中分别列式:E=I1(R1+r),E=I2(R1+R2+r),解此两式:E=I1I2R/(I1-I2).\n答案:(1)实物连线如图25所示.图25\n(2)I1I2R/(I1-I2)I1是外电阻为R1时的电流,I2为外电阻为R1和R2串联时的电流.\n励志名言形成天才的决定因素应该是勤奋\n安全小贴上课间活动注意安全

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发布时间:2022-09-20 13:01:49 页数:74
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文章作者:xihulunjian123

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