高考總復習物理課件 實驗9測定電源的電動勢和內(nèi)阻

1、實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻考點一實驗目的1測定電源的電動勢和內(nèi)電阻；2.加深對閉合電路歐姆定律的理解考點二實驗原理 測量電路的原理圖如圖1所示，根據(jù)閉合電路歐姆定律，可得電池的電動勢e、內(nèi)阻r、路端電壓u、電流i的關系為ueir.對于一定的電池，e、r都是一定的，所以改變滑動變阻器r的阻值時，可以測得多組u、i數(shù)據(jù)，代入上式可得u1ei1r、u2ei2r、u3ei3r以上方程，兩兩組成方程組，可以求得多組e、r，取其平均值作為電池的電動勢和內(nèi)阻的大小圖圖1由ueir說明，u和i是線性關系，所以可在ui坐標平面內(nèi)描出各組(u，i)值所對應的點，然后盡量多地通過這些點作一條直線，如圖2所示，則直

2、線與縱軸交點的縱坐標即是電池電動勢的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線與橫軸交點的橫坐標即是電池的短路電流i0e/r，由此可求得電池的內(nèi)阻re/i0. 圖圖2考點三實驗器材電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關、導線、坐標紙、直尺考點四實驗步驟1電流表用0.6 a量程，電壓表用3 v量程，按圖1所示連接好電路；2把滑動變阻器的滑片移動到右端，使有效電阻最大；3閉合開關，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(i1，u1)用同樣的方法測量幾組i、u數(shù)據(jù)，將記錄的數(shù)據(jù)填入表格中；4打開電鍵，整理好器材 考點五數(shù)據(jù)處理本實驗中數(shù)據(jù)的處理方法，一是聯(lián)立方程求解的公式法，二是描點畫圖法.

3、第1組 第2組 第3組 第4組 第5組 第6組u/vi/a方法一：取六組對應的u、i數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)滿足的關系式u1ei1r、u2ei2r、u3ei3r讓第1式和第4式聯(lián)立方程，第2式和第5式聯(lián)立方程，第3式和第6式聯(lián)立方程，這樣解得三組e、r，取其平均值作為電池的電動勢e和內(nèi)阻r的大小方法二：以路端電壓u為縱軸、干路電流i為橫軸建立ui坐標系，在坐標平面內(nèi)描出各組(u，i)值所對應的點，然后盡量多地通過這些點作一條直線，不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側，則直線與縱軸交點的縱坐標即是電池電動勢的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線的斜率大小即為電池的內(nèi)阻r.考點六誤差分析 1 1本實驗采用的圖本實驗

4、采用的圖1 1所示的測量電路是存在系統(tǒng)誤差的，這是所示的測量電路是存在系統(tǒng)誤差的，這是由于電壓表的分流由于電壓表的分流i iv v引起的，使電流表的示數(shù)引起的，使電流表的示數(shù)i i測測小于電池的輸小于電池的輸出電流出電流i i真真因為因為i i真真i i測測i iv v，而，而i iv vu u/ /r rv v，u u越大，越大，i iv v越大，越大，u u趨近于零時趨近于零時i iv v也趨近于零所以圖也趨近于零所以圖2 2中圖線與橫軸的交點為真中圖線與橫軸的交點為真實的短路電流，而圖線與縱軸的交點為電動勢的測量值，比真實的短路電流，而圖線與縱軸的交點為電動勢的測量值，比真實值偏小修正后

5、的圖線如圖實值偏小修正后的圖線如圖3 3所示，顯然，所示，顯然，e e、r r的測量值都的測量值都比真實值偏小，比真實值偏小，r r測測r r真真、e e測測e e真真；圖圖32電表讀數(shù)帶來的誤差；3如果將六組數(shù)據(jù)按先后順序兩兩依次組成方程組，由于兩組數(shù)據(jù)相鄰，變化較小，計算(或測量)誤差較大為此，注意是前后數(shù)據(jù)交叉組成方程組；4用圖象法求電動勢和內(nèi)電阻時，作圖不準確造成誤差；5處理圖象進行分析計算造成的誤差考點七注意事項1為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已經(jīng)使用一段時間的1號干電池為待測對象；2干電池在大電流放電時極化現(xiàn)象較為嚴重，電動勢e會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大，

6、故長時間放電不宜超過0.3 a，短時間放電不宜超過0.5 a，因此，實驗中不要將i調(diào)得過大，讀電表示數(shù)要快，每次讀完要立即斷電；3干電池內(nèi)阻較小時路端電壓u的變化也較小，即不會比電動勢小很多這種情況，在畫ui圖線時縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一個恰當值開始(橫坐標i必須從零開始)此時，圖線與橫軸的交點不再是短路電流，但是直線斜率的絕對值仍然是電池內(nèi)阻；4測出不少于6組i、u數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些畫ui圖線時，要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側，個別偏離直線太遠的點可舍去不考慮，以減小偶然誤差 題型一實驗原理及數(shù)據(jù)處理例1用電流表和電壓表測定電池的電動勢e

7、和內(nèi)電阻r，所用的電路如圖4所示，一位同學測得的6組數(shù)據(jù)如下表所示圖圖4組別i/(a)u/(v)10.121.3720.201.3230.311.2440.321.1850.501.1060.571.05(1)試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖5中作出中作出ui圖線圖線圖圖5(2)根據(jù)圖線得出電池的電動勢根據(jù)圖線得出電池的電動勢e_v，電池的內(nèi)阻，電池的內(nèi)阻r_ .(3)若不作出圖線，只選用其中兩組u和i的數(shù)據(jù)，可利用公式eu1i1r和eu2i2r算出e和r，這樣做可能得出誤差很大的結果，選用第_組和第_組的數(shù)據(jù)，求得e和r誤差最大 解析(1)圖線如圖6所示(2)作圖線時應把個別不合理的數(shù)據(jù)

8、排除，由直線與縱軸的交點作圖線時應把個別不合理的數(shù)據(jù)排除，由直線與縱軸的交點可讀出電動勢可讀出電動勢e1.46 v，再讀出直線與橫軸的交點的坐標，再讀出直線與橫軸的交點的坐標(0.65,1.0)，連同得出的，連同得出的e值代入值代入euir中，得中，得r 0.71 .(3)選用第3組和第4組數(shù)據(jù)求得的e和r誤差最大選用這兩組數(shù)據(jù)求e和r，相當于過圖中3和4兩點作一直線，利用此直線求出e和r，而此直線與所畫的直線偏離最大，實際上，第4組數(shù)據(jù)不合理，已經(jīng)排除答案(1)如圖6所示(2)1.460.71(3)34題后反思：用圖象法處理數(shù)據(jù)是該實驗的一個重點，在高考中經(jīng)常出現(xiàn)需要注意兩點：(1)作圖時，

9、應使盡量多的點分布在直線上，不在直線上的點均勻分布在直線兩側，個別離直線較遠的點可忽略(2)如果ui圖象坐標原點是u軸、i軸的零點，那么圖線與u軸交點表示電動勢e，與i軸交點坐標表示電源短路電流，內(nèi)阻r .當然，電源內(nèi)阻也可以用r .(2009鎮(zhèn)江模擬)利用電壓表和電流表測一節(jié)電池的電動勢e和內(nèi)電阻r，電路如圖7所示，圖中r1為粗調(diào)滑動變阻器，r2為微調(diào)滑動變阻器，實驗得到的四組數(shù)據(jù)，如表中所示 圖圖7(1)表中數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，可以確定電動勢e_v，內(nèi)電阻r_ .(2)現(xiàn)有滑動變阻器：a(010 ，1 a)，b(050 ，0.5 a)，c(0500 ，0.5 a)那么在本次實驗中，滑動變阻器r1

10、應選用_，r2應選用_(選填“a”、“b”或“c”) i/mau/v50.01.3575.01.35100.01.20150.01.05答案：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作出電源的ui圖象，如圖8所示，從圖中可以得出，圖線在u軸上的截距為1.5 v，即電源的電動勢為：e1.5 v，圖線斜率的絕對值為3，即電源的內(nèi)電阻為：r3 .(2)粗調(diào)變阻器的最大阻值較大，為了便于調(diào)節(jié)，滑動變阻器r1應選b；微調(diào)變阻器的阻值較小，r2應選a. 圖圖8題型二實驗原理、方法的創(chuàng)新例2(2009北京高考)某同學通過查找資料自己動手制作了一個電池該同學想測量一下這個電池的電動勢e和內(nèi)電阻r，但是從實驗室只借到一個開關、一個電

11、阻箱(最大阻值為999.9 ，可當標準電阻用)、一只電流表(量程ig0.6 a，內(nèi)阻rg0.1 )和若干導線 (1)請根據(jù)測定電動勢e和內(nèi)電阻r的要求，設計圖9(1)中器件的連接方式，畫線把它們連接起來圖圖9(2)接通開關，逐次改變電阻箱的阻值r，讀出與r對應的電流表的示數(shù)i，并作記錄當電阻箱的阻值r2.6 時，其對應的電流表的示數(shù)如圖9(2)所示處理實驗數(shù)據(jù)時，首先計算出每個電流值i的倒數(shù) ；再制作r 坐標圖，如圖10所示，圖中已標注出了(r， )的幾個與測量對應的坐標點請你將與圖9(2)實驗數(shù)據(jù)對應的坐標點也標注在圖10上 圖圖10(3)在圖10上把描繪出的坐標點連成圖線(4)根據(jù)圖10描

12、繪出的圖線可得出這個電池的電動勢e_v，內(nèi)電阻r_.解析本題考查測量電源電動勢和內(nèi)阻實驗的設計和數(shù)據(jù)處理，意在考查考生實驗設計的能力和處理實驗數(shù)據(jù)的能力等(1)先設計實驗電路圖，然后再根據(jù)電路圖連線由歐姆定律ei(rr)知，只要知道兩組外電阻和電流值，就可以解出電源電動勢和內(nèi)阻因此，直接將可變電阻和電流表串聯(lián)在電路中就行(2)由電表可讀出此時電流為0.50 a，則坐標為(2,2.6)再在坐標紙上描出該點(3)剔除明顯有誤差的點，將其他點用平滑的曲線連接起來，得到一條直線 (4)將歐姆定律的表達式ei(rr)變形得r r，由此式可知，外電阻和電流的倒數(shù)呈線性關系將圖中的直線延長，與縱坐標軸的交點

13、值為r0.3，則電阻為0.3 ，直線的斜率為ke 1.5(v) 答案(1)如圖11(1)所示(2)如圖11(2)所示(3)如圖11(2)(4)1.5(1.461.54)0.3(0.250.35)圖圖11題后反思：該類題目是在課本實驗的基礎上進行變更而來的，考查知識的遷移運用要重視對實驗的研究，理解實驗原理、方法，提高用圖象處理數(shù)據(jù)的能力 甲同學設計了如圖12所示的電路測電源電動勢e及電阻r1和r2的阻值實驗器材有：待測電源e(不計內(nèi)阻)，待測電阻r1，待測電阻r2，電壓表v(量程為01.5 v，內(nèi)阻很大)，電阻箱r(099.99 )，單刀單擲開關s1，單刀雙擲開關s2，導線若干 圖圖12(1)

14、先測電阻r1的阻值請將甲同學的操作補充完整：閉合s1，將s2切換到a，調(diào)節(jié)電阻箱，讀出其示數(shù)r和對應的電壓表示數(shù)u1，保持電阻箱阻值不變，_，讀出電壓表的示數(shù)u2.則電阻r1的表達式為r1_.圖圖13(2)甲同學已經(jīng)測得電阻r14.8 ，繼續(xù)測電源電動勢e和電阻r2的阻值該同學的做法是：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和對應的電壓表示數(shù)u，由測得的數(shù)據(jù)，繪出了如圖13所示的 圖線，則電源電動勢e_v，電阻r2_.(3)利用甲同學設計的電路和測得的電阻r1，乙同學測電源電動勢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

15、對應的電壓表示數(shù)u，由測得的數(shù)據(jù)，繪出了 相應的圖線，根據(jù)圖線得到電源電動勢e和電阻r2.這種做法與甲同學的做法比較，由于電壓表測得的數(shù)據(jù)范圍_(選填“較大”、“較小”或“相同”)，所以_同學的做法更恰當些答案：(1)s2接a時，電壓表的示數(shù)即為電阻箱兩端的電壓u1，s2接b時，電壓表的示數(shù)即為電阻箱和待測電阻r1的電壓之和u2，所以缺省操作應為“將s2切換到b”根據(jù)串聯(lián)分壓關系可得：解得待測電阻r1的阻值為：(3)甲同學測量的是電阻箱兩端的電壓，而乙同學測量的是電阻箱和電阻r1的電壓之和，乙同學測得的電壓范圍較小，所以甲同學的做法更恰當些1(2009東莞模擬)在“用電壓表和電流表測電池的電動

16、勢和內(nèi)阻”的實驗時，一般是不用新電池而用舊電池進行實驗，其原因是：舊電池的內(nèi)阻較大，而新電池的內(nèi)阻很小，實驗時，電壓表的讀數(shù)變化很小，從而影響測量值的精確性如果要較為精確地測量一節(jié)新電池的內(nèi)阻，可用以下給定的器材和一些導線來完成實驗 圖圖14(1)用連線的方法將圖14中的這些儀器連成電路(2)寫出實驗得出的新電池內(nèi)阻r的表達式，并說明各字符的物理含義答案：(1)電路連接如圖15所示圖圖15(2)新電池內(nèi)阻的表達式是r ，式中u1、u2、i1、i2分別是滑動變阻器阻值改變時電壓表和電流表對應的讀數(shù)，r0是接入電路的電阻箱的阻值(此值直接從電阻箱上讀出，一般為幾歐姆)2(2009山東萊蕪)在測定一

17、節(jié)水果電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，備有下列器材：a水果電池e(電動勢大約0.3 v，內(nèi)電阻約3 )b電流表a1(滿偏電流3 ma，內(nèi)阻100 )c電流表a2(滿偏電流100 ma，內(nèi)阻約1 )d電壓表v(03 v，內(nèi)阻約1 000 )e滑動變阻器r1(020 ，1 a)f滑動變阻器r2(0200 ，1 a)g開關s和導線若干(1)為了方便且能準確地進行測量，其中應選用的滑動變阻器是_(用序號字母表示)；(2)請在虛線框圖中畫出測量電池電動勢和內(nèi)阻的實驗電路圖，并用題中所給的相應的符號標注答案：(1)e為了便于操作，使滑動變阻器使用的有效導線的長度較大，滑動變阻器應選e；圖圖16(2)由于電源的

18、電動勢較小，使用電壓表測量電壓誤差較大，采用兩個電流表進行測量，計算出電源的路端電壓，實驗電路如圖16所示3(2009安徽高考)用如圖17所示電路，測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻電池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中用一個定值電阻r0起保護作用除電池、開關和導線外，可供使用的實驗器材還有：圖圖17(a)電流表(量程0.6 a、3 a)；(b)電壓表(量程3 v、15 v)；(c)定值電阻(阻值1 、額定功率5 w)；(d)定值電阻(阻值10 、額定功率10 w)；(e)滑動變阻器(阻值范圍010 、額定電流2 a)；(f)滑動變阻器(阻值范圍0100 、額定電流1 a) 那么

19、(1)要正確完成實驗，電壓表的量程應選擇_ v，電流表的量程應選擇_ a；r0應選擇_ 的定值電阻，r應選擇阻值范圍是_ 的滑動變阻器(2)引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是_ 解析：本題主要考查的知識點是測電源的電動勢和內(nèi)電阻，意在考查考生對電學實驗器材的選擇能力和誤差分析能力答案：(1)30.61010(2)電壓表的分流4現(xiàn)要按圖18所示的電路測量一節(jié)舊干電池的電動勢e(約 1.5v)和內(nèi)阻r(約 20)，可供選擇的器材如下：電流表a1、a2(量程 0500 a，內(nèi)阻約為 500 )，滑動變阻器 r(阻值 0100 ，額定電流 1.0 a)，定值電阻 r1(阻值約為 100 )，電阻箱 r2、

20、r3(阻值 0999.9 )，開關、導線若干由于現(xiàn)有電流表量程偏小，不能滿足實驗要求，為此，先將電流表改裝(擴大量程)，然后再按圖電路進行測量圖18(1)測量電流表a2的內(nèi)阻按圖電路測量a2的內(nèi)阻，以下給出了實驗中必要的操作a斷開 s1b閉合 s1、s2c按圖連接線路，將滑動變阻器r的滑片調(diào)至最左端，r2調(diào)至最大d調(diào)節(jié)r2，使a1的示數(shù)為 i1，記錄 r2的值e斷開s2，閉合s3f調(diào)節(jié)滑動變阻器 r，使 a1、a2的指針偏轉適中，記錄 a1的示數(shù) i1請按合理順序排列實驗步驟(填序號)：_. (2)將電流表a2(較小量程)改裝成電流表a(較大量程)如果(1)中測出a2的內(nèi)阻為 468.0，現(xiàn)用

21、r2將 a2改裝成量程為 20ma的電流表a，應把r2調(diào)為_與 a2并聯(lián)，改裝后電流表 a的內(nèi)阻 ra為_. 圖圖19(3)利用電流表a、電阻箱r3，測電池的電動勢和內(nèi)阻用電流表a、電阻箱 r3及開關 s按圖所示電路測電池的電動勢和內(nèi)阻實驗時，改變r3的值，記錄下電流表a的示數(shù) i，得到若干組r3、i的數(shù)據(jù)，然后通過作出有關物理量的線性圖象，求得電動勢e和內(nèi)阻r.a請寫出與你所作線性圖象對應的函數(shù)關系式_b請在圖19虛線框內(nèi)坐標中作出定性圖象(要求標明兩個坐標軸所代表的物理量，用符號表示)c圖中_表示 e圖中_表示r.圖圖20答案：(1)cbfeda(2)1211.7(3)a.r3ra rb略c直線的斜率直線與縱軸截距的絕對值5某同學設計了一個如圖21所示的實驗電路，用以測定電源電動勢和內(nèi)阻，使用的實驗器材為：待測干電池組(電動勢約3 v)、電流表(量程0.6 a，內(nèi)阻小于1 )、電阻箱