2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)9 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻教案.doc
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2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)9 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻教案 測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻實(shí)驗(yàn), 是高中物理的重要實(shí)驗(yàn)，無(wú)論是原教科書(shū)，還是課程標(biāo)準(zhǔn)教科書(shū)，都把它列為學(xué)生實(shí)驗(yàn)；無(wú)論是普通高考大綱，還是課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)區(qū)高考大綱，都把它列為必考實(shí)驗(yàn)；從多年以及近幾年的高考試卷看，也屢屢出現(xiàn)測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的題目。 測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的方法是用電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器或電阻箱，新技術(shù)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)方法是用電流傳感器、電壓傳感器代替電流表、電壓表并用數(shù)據(jù)采集器和電子計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)，好處是：數(shù)據(jù)處理和作圖象非?？?，一眨眼的工夫圖象就出來(lái)了。 由于新的課程標(biāo)準(zhǔn)教科書(shū)中列出了做測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻實(shí)驗(yàn)的三種方法，即伏安法和安阻法、伏阻法；去年高考中有三個(gè)省不約而同地考到了安阻法并用作圖法，所以本文不惜時(shí)間和筆墨把三種方法都做出來(lái)。 1． 實(shí)驗(yàn)原理：在閉合電路中，根據(jù)全電路歐姆定律，有 ①，其中E表示電源的電動(dòng)勢(shì)，U表示電源的路端電壓，I表示閉合電路中的電流，r表示電源的內(nèi)阻。 根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)教科書(shū)，實(shí)驗(yàn)：測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻可用三種方法： 方法1. ①式可變?yōu)?，改變電路的外電阻R，測(cè)出一系列的I和U值，作出U-I圖象。圖象在U軸上的截距即為電源的電動(dòng)勢(shì)，直線的斜率即為內(nèi)阻的負(fù)值。此方法叫伏安法，用伏特表和安培表。 方法2. ①式可變?yōu)椋?，改變電路的外電阻R，測(cè)出一系列的I和R值，作出R-1/I圖象。圖象在R軸上的截距即為電源的內(nèi)阻，直線的斜率即電源的電動(dòng)勢(shì)E。此方法叫安阻法，用安培表和電阻箱。 方法3. ①式可變?yōu)?，或，改變電路的外電阻R，測(cè)出一系列的U值，作出圖象。圖象在軸上的截距的倒數(shù)即為電源電動(dòng)勢(shì)，直線的斜率與截距的倒數(shù)乘積即為電源的內(nèi)阻。此方法叫伏阻法，用伏特表和電阻箱。 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是伏安法。安阻法和伏阻法是在伏安法實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的提高。 2．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河萌N方法測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 3．實(shí)驗(yàn)步驟 一、 伏安法 1. 實(shí)驗(yàn)電路圖 圖1-1 2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖象 圖1-2 3. 計(jì)算數(shù)據(jù) 電壓軸上的截距為電池的電動(dòng)勢(shì)：E=6.0V, 電流軸上的截距為最大電流, 則電池的內(nèi)阻為r=1.0Ω。 4. 實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖 圖1-3 5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖象 圖1-4 6. 計(jì)算數(shù)據(jù) 電壓軸上的截距為電池的電動(dòng)勢(shì)：E=9.0V, 電流軸上的截距為最大電流, 則電池的內(nèi)阻為r=1.0Ω。 二、 安阻法 1. 用仿真實(shí)驗(yàn)室研究 按電路圖搭建實(shí)驗(yàn)裝置，如圖2-1 圖2-1 改變電阻箱的阻值，電流表的讀數(shù)對(duì)應(yīng)變化，得到電流與電阻的關(guān)系圖象，見(jiàn)圖2-2. 圖2-2 由于圖4不是直線，不便于求電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中時(shí)，記下一系列的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)輸入到Excel中并求出電流I的倒數(shù)1/I, 見(jiàn)下表。 R I 1/I 10 0.264 3.787879 8.36 0.31 3.225806 6.86 0.369 2.710027 5.36 0.456 2.192982 4.11 0.567 1.763668 3.36 0.665 1.503759 2.11 0.932 1.072961 1.36 1.23 0.813008 0 2.9 0.344828 表1 作出電流的倒數(shù)隨電阻變化的圖象，R～1/I圖象，見(jiàn)圖2-3的直線。 圖2-3 根據(jù)，得到，知：R～1/I圖線直線的斜率即為電動(dòng)勢(shì)E，R軸上的截距的絕對(duì)值為內(nèi)阻。從圖5讀出數(shù)據(jù)，計(jì)算得為，縱軸上的截距為-1，則電池的內(nèi)阻為。 三、 伏阻法（見(jiàn)例題） 例1．xx理綜四川卷第22(2)題 甲同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的電路測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)E及電阻R1和R2的阻值。實(shí)驗(yàn)器材有：待測(cè)電源E(不計(jì)內(nèi)阻)，待測(cè)電阻R1，待測(cè)電阻R2，電壓表V(量程為1.5V，內(nèi)阻很大)，電阻箱R(0-99.99Ω)，單刀單擲開(kāi)關(guān)S1，單刀雙擲開(kāi)關(guān)S2，導(dǎo)線若干。 ①先測(cè)電阻R1的阻值。請(qǐng)將甲同學(xué)的操作補(bǔ)充完整：閉合S1，將S2切換到a，調(diào)節(jié)電阻箱，讀出其示數(shù)r和對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)U1，保持電阻箱示數(shù)不變，______________，讀出電壓表的示數(shù)U2。則電阻R1的表達(dá)式為R1＝__________。 ②甲同學(xué)已經(jīng)測(cè)得電阻R1＝4.8Ω，繼續(xù)測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)E和電阻R2的阻值。該同學(xué)的做法是：閉合S1，將S2切換到a，多次調(diào)節(jié)電阻箱，讀出多組電阻箱示數(shù)R和對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)U，由測(cè)得的數(shù)據(jù)，繪出了如圖所示的圖線，則電源電動(dòng)勢(shì)E＝_____V，電阻R2=_____Ω。 ③利用甲同學(xué)設(shè)計(jì)的電路和測(cè)得的電阻R1，乙同學(xué)測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)E和電阻R2的阻值的做法是：閉合S1，將S2切換到b，多次調(diào)節(jié)電阻箱，讀出多組電阻箱示數(shù)R和對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)U，由測(cè)得的數(shù)據(jù)，繪出了相應(yīng)的圖線，根據(jù)圖線得到電源電動(dòng)勢(shì)E和電阻R2。這種做法與甲同學(xué)的做法比較，由于電壓表測(cè)得的數(shù)據(jù)范圍______（選填“較大”、“較小”或“相同”)，所以_____同學(xué)的做法更恰當(dāng)些。 答案：①將S2切換到b ，R1＝。 ②E＝1.43或10/7V，R2＝ 1.2 Ω ③ 較小，甲 【解析】① （1） （2） 由（2）式得， 代入（1）式，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算得R1＝。 ②根據(jù)，有，比照直線方程，有截距，所以E＝1.43或10/7V；斜率，又，已測(cè)出R1＝4.8Ω，可求出R2＝ 1.2 Ω。 ③ 由于電阻R2阻值小，電壓表測(cè)得的數(shù)據(jù)范圍較小，所以甲同學(xué)的做法更恰當(dāng)些。 點(diǎn)評(píng)：用電壓表和電阻箱測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻（本題的R2相當(dāng)于內(nèi)電阻）并用圖象進(jìn)行數(shù)據(jù)處理求出結(jié)果（與伏安法類比簡(jiǎn)稱伏阻法），xx年高考有三省市考到（分別是江蘇、廣東和天津）。 例2．xx寧夏理綜卷（新課程）第22題（2）題 利用伏安法測(cè)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，現(xiàn)有的器材為： 干電池：電動(dòng)勢(shì)約為1.5V，符號(hào) 電壓表：量程1V，內(nèi)阻998.3，符號(hào) 滑動(dòng)變阻器：最大阻值10，符號(hào) 電阻箱：最大阻值99999.9，符號(hào) 單刀單擲開(kāi)關(guān)1個(gè)，符號(hào) 導(dǎo)線若干 設(shè)計(jì)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的電路并將它畫(huà)在制定的方框內(nèi)。要求在圖中標(biāo)出電壓表、電流表的接線柱的正負(fù)。 為了滿足本實(shí)驗(yàn)要求并保證實(shí)驗(yàn)的精確度，電壓表量程應(yīng)擴(kuò)大為原量程的 倍，電阻箱的阻值應(yīng)為 。 ．答案： 2 998.3 【解析】因?yàn)殡妷罕砹砍桃笥陔姵仉妱?dòng)勢(shì)，所以要擴(kuò)大為原量程的2倍，在電壓表上串聯(lián)等于其內(nèi)阻的電阻，所以電阻箱的阻值應(yīng)為998.3。 點(diǎn)評(píng)：本題是伏安法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻（不是伏阻法），所以電阻箱是用來(lái)做擴(kuò)大電壓表量程用的。另外，因?yàn)殡娏鞅韮?nèi)阻一般與電池內(nèi)阻差別不大，所以用電流表外接法（對(duì)待測(cè)電池而言）。 R Rx V a b K1 K2 E 例。圖中R為已知電阻，為待測(cè)電阻，為單刀單擲開(kāi)關(guān)，為單刀雙擲開(kāi)關(guān)， V為電壓表（內(nèi)阻 極大），E為電源（電 阻不可忽略）。現(xiàn)用 圖中電路測(cè)量電源 電動(dòng)勢(shì)及電阻 （1） 寫(xiě)出操作步驟： （2） 由R及測(cè)得的量，可測(cè)得＝ _____________________,= ________________. 答案：（1）①K1斷開(kāi)，K2接到a端，記下電壓表的讀數(shù)U1；②K2仍接到a端，閉合K1，記下電壓表的讀數(shù)U2；③K1仍閉合，K2接到b端，記下電壓表的讀數(shù)U3. （2）U1 例3。在測(cè)定一節(jié)干電池（電動(dòng)勢(shì)約為1.5V，內(nèi)阻約為2Ω）的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，變阻器和電壓表各有兩個(gè)供選：A電壓表量程為15V，B電壓表量程為3V，A變阻器為（20Ω，3A），B變阻器為（500Ω，0.2A） 電壓表應(yīng)該選 （填A(yù)或B），這是因?yàn)? . 變阻器應(yīng)該選 （填A(yù)或B），這是因?yàn)? . 答案：B，A電壓表量程過(guò)大，誤差較大；A、B變阻器額定電流過(guò)小且調(diào)節(jié)不便 例。某同學(xué)按如圖所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)該同學(xué)將變阻器的觸片P移到不同位置時(shí)測(cè)得各電表的示數(shù)如下表所示 序號(hào) A1示數(shù)(安) A2示數(shù)(安) V1示數(shù)(伏) V2示數(shù)(伏) 1 0.60 0.30 2.40 1.20 2 0.44 0.32 2.56 0.48 將電壓表內(nèi)阻看作無(wú)限大，電流表內(nèi)阻看作零。 （1）電路中，分別為電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，，，為定值電阻，在這五個(gè)物理量中，可根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)求得的物理量是（不要求具體計(jì)算） 。 （2）由于電路發(fā)生故障，發(fā)現(xiàn)兩電壓表示數(shù)相同了（但不為零），若這種情況的發(fā)生是由用電器引起的，則可能的故障原因是 。 答案： （1），， （1分，1分，2分） （2）短路或斷開(kāi) （4分） 例4．xx年天津理科綜合卷第22（3）題 某研究性學(xué)習(xí)小組利用圖9所示電路測(cè)量電池組的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出如圖10所示的R～1/I圖線，其中R為電阻箱讀數(shù)，I為電流表讀數(shù)，由此可以得到E＝ V，r＝ Ω。 圖9 圖10 【解析】 根據(jù)得到，從圖10讀出數(shù)據(jù)，計(jì)算得，直線的斜率即為，當(dāng)時(shí)，橫軸上的截距為，則電池的內(nèi)阻為。 點(diǎn)評(píng)：本題專門考查用電流表和電阻箱測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，與伏安法相比，實(shí)驗(yàn)用的儀器不同，測(cè)量的物理量不同，圖象中橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)表示的物理量不同了，因此根據(jù)圖象求E、r的方法也不同。 例5．安徽xx高考21.Ⅱ題. 用右圖所示的電路，測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)造成短路，電路中用一個(gè)定值電阻R0起保護(hù)作用。除電池、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線外，可供使用的實(shí)驗(yàn)器材還有： （a） 電流表（量程0.6A、3A）； （b） 電壓表（量程3V、15V） （c） 定值電阻（阻值1、額定功率5W） （d） 定值電阻（阻值10，額定功率10W） （e） 滑動(dòng)變阻器（陰值范圍0--10、額定電流2A） （f） 滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0-100、額定電流1A） 那么 （1）要正確完成實(shí)驗(yàn)，電壓表的量程應(yīng)選擇 V，電流表的量程應(yīng)選擇 A； R0應(yīng)選擇 的定值電阻，R應(yīng)選擇阻值范圍是 的滑動(dòng)變阻器。 （2）引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要原因是 。 II．答案： （1）3，0.6，1，0～10。（2）由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比電池實(shí)際輸出電流小。 【解析】由于電源是一節(jié)干電池（1.5V），所選量程為3V的電壓表；估算電流時(shí)，考慮到干電池的內(nèi)阻一般幾Ω左右，加上保護(hù)電阻，最大電流在0.5A左右，所以選量程為0.6A的電流表；由于電池內(nèi)阻很小，所以保護(hù)電阻不宜太大，否則會(huì)使得電流表、電壓表取值范圍小，造成的誤差大；滑動(dòng)變阻器的最大阻值一般比電池內(nèi)阻大幾倍就好了，取0～10Ω能很好地控制電路中的電流和電壓，若取0～100Ω會(huì)出現(xiàn)開(kāi)始幾乎不變最后突然變化的現(xiàn)象。 關(guān)于系統(tǒng)誤差一般由測(cè)量工具和所造成測(cè)量方法造成的，一般具有傾向性，總是偏大或者偏小。本實(shí)驗(yàn)中由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比測(cè)量值小，造成E測(cè)下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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