《2022年高考物理必考實(shí)驗(yàn)精細(xì)精講 實(shí)驗(yàn)九 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻學(xué)案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高考物理必考實(shí)驗(yàn)精細(xì)精講 實(shí)驗(yàn)九 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻學(xué)案（9頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年高考物理必考實(shí)驗(yàn)精細(xì)精講 實(shí)驗(yàn)九 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻學(xué)案 目錄 課前預(yù)習(xí)·基礎(chǔ)落實(shí) 課堂互動(dòng)·考點(diǎn)突破 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 1．掌握用電壓表和電流表測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法。 2．學(xué)會(huì)用圖象法求電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 【實(shí)驗(yàn)原理】 1．實(shí)驗(yàn)依據(jù)：閉合電路歐姆定律。 2．實(shí)驗(yàn)電路(如圖實(shí)Ⅸ－1所示) 3．E和r的求解：由U＝E－Ir得，解得E、r。 4．用作圖法處理數(shù)據(jù)，如圖實(shí)Ⅸ－2所示。 (1)圖線與縱軸交點(diǎn)為E； (2)圖線與橫軸交點(diǎn)為I短＝； (3)圖線的斜率表示r＝||。 【實(shí)驗(yàn)器材】 電池、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙和

2、刻度尺。 【實(shí)驗(yàn)步驟】 1．電流表用0.6 A量程，電壓表用3 V量程，按實(shí)驗(yàn)電路圖連接好實(shí)物電路。 2．把變阻器的滑片移動(dòng)到使接入電路阻值最大的一端。 3．閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)。記錄一組電流表和電壓表的示數(shù)，用同樣方法測(cè)量并記錄幾組I、U值，并填入表格中。 4.斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材。 【數(shù)據(jù)處理】 方法一：列方程組求解電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的大小 根據(jù)以上三組方程分別求出E、r，再取其平均值作為電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。 方法二：用圖象法處理數(shù)據(jù) 在坐標(biāo)紙上以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立U—I坐標(biāo)系，在坐標(biāo)平面內(nèi)描出各組(I，U)值所對(duì)

3、應(yīng)的點(diǎn)，然后盡量多地通過這些點(diǎn)作一條直線，不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)，則直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即是電池電動(dòng)勢(shì)的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線斜率的絕對(duì)值即為電池的內(nèi)阻r，即r＝||。 【誤差分析】 1．偶然誤差 (1)由讀數(shù)不準(zhǔn)和電表線性不良引起誤差。 (2)用圖象法求E和r時(shí)，由于作圖不準(zhǔn)確造成的誤差。 (3)測(cè)量過程中通電時(shí)間過長(zhǎng)或電流過大，都會(huì)引起E、r變化。 2．系統(tǒng)誤差 由于電壓表和電流表內(nèi)阻影響而導(dǎo)致的誤差。 (1)如圖實(shí)Ⅸ－1所示，在理論上E＝U＋(IV＋I(xiàn)A)r，其中電壓表示數(shù)U是準(zhǔn)確的電源兩端電壓。而實(shí)驗(yàn)中忽略了通過電壓表的電流IV而形成誤差，而

4、且電壓表示數(shù)越大，IV越大．當(dāng)電壓表示數(shù)為零時(shí)，IV＝0，IA＝I短，短路電流測(cè)量值＝真實(shí)值。如圖實(shí)Ⅸ－3所示，可知E測(cè)＜E真，r測(cè)＜r真。 (2)若采用如圖實(shí)Ⅸ－4甲所示的電路，IA為電源電流真實(shí)值，理論上有E＝U＋UA＋I(xiàn)Ar，其中UA不可知而造成誤差，而且電流表示數(shù)越大，UA越大。當(dāng)電流為零時(shí)，UA＝0，電壓為準(zhǔn)確值，等于E，如圖實(shí)Ⅸ－4乙所示，可知E測(cè)＝E真，r測(cè)＞r真。 【注意事項(xiàng)】 1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些(選用已使用過一段時(shí)間的1號(hào)干電池)。 2．干電池在大電流放電時(shí)，電動(dòng)勢(shì)會(huì)明顯下降，內(nèi)電阻會(huì)明顯增大，因此在實(shí)驗(yàn)中不要將電流I調(diào)得過大

5、，讀數(shù)要快，每次讀完立即斷電。 3．在畫U－I 圖線時(shí)，要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不予考慮。 4．干電池內(nèi)阻較小時(shí)路端電壓U的變化也較小，即不會(huì)比電動(dòng)勢(shì)小很多，這時(shí)，在畫U－I圖線時(shí)，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始(橫坐標(biāo) I必須從零開始)。但這時(shí)圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流Im，不過斜率的絕對(duì)值仍是電源的內(nèi)電阻。 課堂互動(dòng)·考點(diǎn)突破 考點(diǎn)一　實(shí)驗(yàn)原理與數(shù)據(jù)處理 [例1]　 (四川理綜)用實(shí)驗(yàn)測(cè)一電池的內(nèi)阻r和一待測(cè)電阻的阻值Rx。已知電池的電動(dòng)勢(shì)約6 V，電池內(nèi)阻和待測(cè)電阻阻值都為數(shù)十歐

6、?？蛇x用的實(shí)驗(yàn)器材有： 電流表A1(量程0～30 mA)； 電流表A2(量程0～100 mA)； 電壓表V(量程0～6 V)； 滑動(dòng)變阻器R1(阻值0～5 Ω)； 滑動(dòng)變阻器R2(阻值0～300 Ω)； 開關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線若干條。 某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程如下： Ⅰ.設(shè)計(jì)如圖實(shí)Ⅸ－5所示的電路圖，正確連接電路。 Ⅱ.將R的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)，逐次調(diào)小R的阻值，測(cè)出多組U和I的值，并記錄。以U為縱軸，I為橫軸，得到如圖實(shí)Ⅸ－6所示的圖線。 Ⅲ.斷開開關(guān)，將Rx改接在B、C之間，A與B直接相連，其他部分保持不變。重復(fù)Ⅱ的步驟，得到另一條U－I圖線，圖線與橫軸I的交點(diǎn)坐標(biāo)為(I

7、0，0)，與縱軸U的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0，U0)。 回答下列問題： (1)電流表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________； (2)由圖乙的圖線，得電源內(nèi)阻r＝________Ω； (3)用I0、U0和r表示待測(cè)電阻的關(guān)系式Rx＝________，代入數(shù)值可得Rx； (4)若電表為理想電表，Rx接在B、C之間與接在A、B之間，滑動(dòng)變阻器滑片都從最大阻值位置調(diào)到某同一位置，兩種情況相比，電流表示數(shù)變化范圍________，電壓表示數(shù)變化范圍________。(選填“相同”或“不同”) [解析]　 (1)電路總電阻可能的最小值約為20 Ω，則回路中可能的最大電流Im＝ A＝3

8、00 mA，可見，電流表應(yīng)選用A2。 若選用滑動(dòng)變阻器R1，電路中電流變化范圍太窄，并且當(dāng)R1連入電路阻值最大時(shí)，電路中電流仍可能會(huì)超過電流表A2的量程，故應(yīng)選用R2。 (3)圖乙中，U－I圖線的斜率的絕對(duì)值等于電源內(nèi)阻，由圖象可知：r＝25 Ω。 (3)由題意可知，Rx＋r＝，則Rx＝－r。 (4)若電表為理想電表，Rx接在B、C或A、B之間，對(duì)干路中電流無影響，故電流表示數(shù)變化范圍相同，很顯然，電壓表示數(shù)變化范圍不相同。 [答案]　(1)A2　R2　(2)25　(3)－r (4)相同　不同 考點(diǎn)二　儀器選擇與電路連接 [例2]　 (天津理綜)用電流表和電壓表測(cè)定由三節(jié)

9、干電池串聯(lián)組成的電池組(電動(dòng)勢(shì)約4.5 V，內(nèi)電阻約1 Ω)的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，除待測(cè)電池組、電鍵、導(dǎo)線外，還有下列器材供選用： A．電流表：量程0.6 A，內(nèi)電阻約1 Ω B．電流表：量程3 A，內(nèi)電阻約0.2 Ω C．電壓表：量程3 V，內(nèi)電阻約30 kΩ D．電壓表：量程6 V，內(nèi)電阻約60 kΩ E．滑動(dòng)變阻器：0～1 000 Ω，額定電流0.5 A F．滑動(dòng)變阻器：0～20 Ω，額定電流2 A (1)為了使測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，電流表應(yīng)選用________，電壓表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(均填儀器的字母代號(hào))。 (2)如圖實(shí)Ⅸ－7為正確選擇儀

10、器后，連好的部分電路。為了使測(cè)量誤差盡可能小，還需在電路中用導(dǎo)線將________和________相連、________和________相連、________和________相連(均填儀器上接線柱的字母代號(hào))。 (3)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)電流表壞了，于是不再使用電流表，剩余儀器中僅用電阻箱替換掉滑動(dòng)變阻器，重新連接電路，仍能完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中讀出幾組電阻箱的阻值R和對(duì)應(yīng)電壓表的示數(shù)U。用圖象法處理采集到的數(shù)據(jù)，為在直角坐標(biāo)系中得到的函數(shù)圖象是一條直線，則可以________為縱坐標(biāo)，以________為橫坐標(biāo)。 [解析]　 (1)為了防止電源急劇放電時(shí)產(chǎn)生極化現(xiàn)象而引起電動(dòng)勢(shì)的下降，一般在

11、測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)電阻時(shí)，電源的放電電流控制在0.5 A以內(nèi)，故電流表應(yīng)選用A；因三節(jié)干電池的總電動(dòng)勢(shì)約為4.5 V，故選用量程是6 V的電壓表D；總阻值為20 Ω的滑動(dòng)變阻器F可使電路中的最小電流約為Imin＝＝0.225 A，而滑動(dòng)變阻器E阻值太大，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用F。 (2)因電流表內(nèi)阻rA≈1 Ω與電源內(nèi)阻大致相等且未知，故需采用電流表外接法，以避免電流表內(nèi)阻引起的系統(tǒng)誤差，原理圖如圖， 故需將a與d、c與g、f與h相連。 (3)用伏阻法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)電阻時(shí)，由閉合電路歐姆定律有E＝U＋r，由此可得＝＋·(或＝·－)、U＝E－r·(或＝－U)、＝·R＋(或R＝E·－r)，故

12、可以得到－、U－、－R等線性圖線。 [答案]　(1)A　D　F?、赼　d　c　g　f　h　③見解析 考點(diǎn)三　創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)剖析 一、實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新 本實(shí)驗(yàn)也可利用一只電流表和一個(gè)電阻箱進(jìn)行測(cè)量或利用一只電壓表和一個(gè)電阻箱進(jìn)行測(cè)量。 1．用一個(gè)電流表和電阻箱測(cè)量，電路如圖實(shí)Ⅸ－8所示，測(cè)量原理為：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，此種方法使測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)無偏差，但內(nèi)阻偏大。 2．用一個(gè)電壓表和電阻箱測(cè)量，電路如圖實(shí)Ⅸ－9所示，測(cè)量原理為：E＝U1＋r，E＝U2＋r。由此可求出r和E，此種方法測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻均偏小。 [例3]　 (課標(biāo)Ⅰ)利用如圖實(shí)Ⅸ－

13、10所示電路，可以測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，所用的實(shí)驗(yàn)器材有： 待測(cè)電源，電阻箱R(最大阻值999.9 Ω)，電阻R0(阻值為3.0 Ω)，電阻R1(阻值為3.0 Ω)，電流表A(量程為200 mA，內(nèi)阻為RA＝6.0 Ω)，開關(guān)S。 實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①將電阻箱阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)S； ②多次調(diào)節(jié)電阻箱，記下電流表的示數(shù)I和電阻箱相應(yīng)的阻值R； ③以為縱坐標(biāo)，R為橫坐標(biāo)，作－R圖線(用直線擬合)； ④求出直線的斜率k和在縱軸上的截距b。 回答下列問題： (1)分別用E和r表示電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，則與R的關(guān)系式為__ _________。 (2)實(shí)驗(yàn)得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示

14、，其中電阻R＝3.0 Ω時(shí)電流表的示數(shù)如圖實(shí)Ⅸ－11所示，讀出數(shù)據(jù)，完成下表。答：①________，②________。 (3)在圖實(shí)Ⅸ－12的坐標(biāo)紙上將所缺數(shù)據(jù)點(diǎn)補(bǔ)充完整并作圖，根據(jù)圖線求得斜率k＝_________A－1·Ω－1，截距b＝________A－1。 (4)根據(jù)圖線求得電源電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。 [解析]　 (1)由閉合電路歐姆定律有E＝IRA＋(I＋)(R＋R0＋r)，整理得＝R＋[RA＋(r＋R0)]，代入數(shù)據(jù)得＝R＋(5.0＋r)。 (2)①由題意知該電流表的最小分度為2 mA，由題圖實(shí)Ⅸ－11可得讀數(shù)為110 mA

15、，考慮到表格內(nèi)各組數(shù)據(jù)的單位及有效數(shù)字位數(shù)，故結(jié)果應(yīng)為0.110 A。②＝9.09 A－1。 (3)描點(diǎn)作圖如圖所示，由圖線可得k＝ A－1·Ω－1＝1.0 A－1Ω－1，b＝6.0 A－1。 (4)由＝R＋(5.0＋r)可知k＝，b＝(5.0＋r)，將k＝1.0 A－1Ω－1、b＝60 A－1代入可得E＝3.0 V，r＝1.0 Ω。 [答案]　 (1)＝R＋[RA＋(r＋R0)]或＝R＋(5.0＋r)　 (2)①0.110?、?.09 (3)圖見解析　1.0(在0.96～1.04之間均對(duì))　6.0(在5.9～6.1之間均對(duì)) (4)3.0(在2.7～3.3之間均對(duì))　1.0

16、(在0.6～1.4之間均對(duì)) 二、實(shí)驗(yàn)原理的遷移運(yùn)用 [例4]　 (東北聯(lián)考)某同學(xué)要用電阻箱和電壓表測(cè)量某水果電池組的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，考慮到水果電池組的內(nèi)阻較大，為了提高實(shí)驗(yàn)的精確度，需要測(cè)量電壓表的內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)中恰好有一塊零刻度在中央的雙向電壓表，該同學(xué)便充分利用這塊電壓表，設(shè)計(jì)了如圖實(shí)Ⅸ－13所示的實(shí)驗(yàn)電路，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)該電壓表的內(nèi)阻的測(cè)量，又能利用該表完成水果電池組電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量。他用到的實(shí)驗(yàn)器材有： 待測(cè)水果電池組(電動(dòng)勢(shì)約4 V，內(nèi)阻約50 Ω)、雙向電壓表(量程為2 V，內(nèi)阻約為2 kΩ)、電阻箱(0～9 999 Ω)、滑動(dòng)變阻器(0～200 Ω)，一個(gè)單刀雙擲開關(guān)及若干

17、導(dǎo)線。 (1)該同學(xué)按如圖實(shí)Ⅸ－13所示電路圖連線后，首先測(cè)出了電壓表的內(nèi)阻。請(qǐng)完善測(cè)量電壓表內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)步驟：①將R1的滑動(dòng)觸片滑至最左端，將S撥向1位置，將電阻箱阻值調(diào)為0； ②調(diào)節(jié)R1的滑動(dòng)觸片，使電壓表示數(shù)達(dá)到滿偏； ③保持________不變，調(diào)節(jié)R2，使電壓表的示數(shù)達(dá)到________； ④讀出電阻箱的阻值，記為R2，則電壓表的內(nèi)阻RV＝________。 (2)若測(cè)得電壓表內(nèi)阻為2 kΩ，可分析此測(cè)量值應(yīng)________真實(shí)值。(填“大于”、“等于”或“小于”) (3)接下來測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①將開關(guān)S撥至________(填“1”或“2”)位

18、置，將R1的滑動(dòng)觸片移到最________端，不再移動(dòng)； ②調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電壓表的示數(shù)達(dá)到一個(gè)合適值，記錄下電壓表的示數(shù)和電阻箱的阻值； ③重復(fù)第二步，記錄多組電壓表的示數(shù)及對(duì)應(yīng)的電阻箱的阻值。 (4)若將電阻箱與電壓表并聯(lián)后的阻值記錄為R，作出－圖象，則可消除系統(tǒng)誤差，如圖實(shí)Ⅸ－14所示，其中截距為b，斜率為k，則電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為______，內(nèi)阻的表達(dá)式為________。 [解析]　 (1)由題圖可知，當(dāng)S撥向1位置，滑動(dòng)變阻器R1在電路中為分壓式接法，利用電壓表的半偏法得：調(diào)節(jié)R1使電壓表滿偏，保持R1不變，R2與電壓表串聯(lián)，調(diào)節(jié)R2使電壓表的示數(shù)達(dá)到半偏(或最大值

19、的一半)，電壓表的內(nèi)阻R1與電阻箱示數(shù)R2相同。 (2)由閉合電路歐姆定律可知，調(diào)節(jié)R2變大使電壓表達(dá)到半偏的過程中，總電阻值變大，干路總電流變小，由E＝I·r＋U外得：U外變大，由電路知：U外＝U并＋U右，變阻器的滑動(dòng)觸片右側(cè)電壓U右＝I·R右變小，則U并變大，電壓表半偏時(shí)，R2上的電壓就會(huì)大于電壓表上的電壓，那么R2的阻值就會(huì)大于電壓表的阻值。(3)測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，利用伏阻法，S撥到2，同時(shí)將R1的滑動(dòng)觸片移動(dòng)最左側(cè)。利用E＝U1＋·r，E＝U1′＋·r，聯(lián)合求E、r。 (4)由歐姆定律得E＝U＋·r，變形得＝·＋，＝k，＝b，得E＝，r＝。 [答案]　(1)③R1　半偏(或最大值的一半)　④R2 (2)大于　(3)①2　左　(4)E＝　r＝