高三物理復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)十測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻省公開(kāi)課一等獎(jiǎng)新名師獲獎(jiǎng)

試驗(yàn)十測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻1/79【試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)】1.掌握用電壓表和電流表測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻方法;深入了解閉合電路歐姆定律。2.掌握用圖象處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)方法。2/79【試驗(yàn)原理】1.試驗(yàn)依據(jù):閉合電路歐姆定律。2.試驗(yàn)電路:如圖所表示3/793.E和r求解:(1)由U=E-Ir,得:,解得:

4/79(2)作圖法處理數(shù)據(jù):由U=E-Ir,得:圖象與縱軸交點(diǎn)縱坐標(biāo)值為E,圖線(xiàn)斜率絕對(duì)值為r。5/79【試驗(yàn)器材】電池(被測(cè)電源)、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)、坐標(biāo)紙、刻度尺、鉛筆等。6/79【試驗(yàn)過(guò)程】1.連接電路:電流表用0.6A量程,電壓表用3V量程,按試驗(yàn)電路圖連接好電路。7/792.測(cè)量與統(tǒng)計(jì):(1)把變阻器滑片移動(dòng)到使阻值最大一端。(2)閉合開(kāi)關(guān),調(diào)整變阻器,使電流表有顯著示數(shù)并統(tǒng)計(jì)一組數(shù)據(jù)(I1,U1)。(3)用一樣方法測(cè)量出多組I、U值,填入表格中。(4)斷開(kāi)開(kāi)關(guān),拆除電路,整理好器材。8/79【數(shù)據(jù)處理】設(shè)計(jì)表格,將測(cè)得六組U、I值填入表格中。第1組第2組第3組第4組第5組第6組U/VI/A9/79方法一:計(jì)算法。(1)聯(lián)立六組對(duì)應(yīng)U、I數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)滿(mǎn)足關(guān)系式U1=E-I1r、U2=E-I2r、U3=E-I3r…(2)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,這么解得三組E、r,取其平均值作為電池電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r大小。10/79方法二:圖象法。(1)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。(2)在坐標(biāo)平面內(nèi)描出各組(I,U)值所對(duì)應(yīng)點(diǎn),然后盡可能多地經(jīng)過(guò)這些點(diǎn)作一條直線(xiàn),不在直線(xiàn)上點(diǎn)大致均勻分布在直線(xiàn)兩側(cè)。11/79(3)直線(xiàn)與縱軸交點(diǎn)縱坐標(biāo)值即為電池電動(dòng)勢(shì)大小(一次函數(shù)縱軸截距),直線(xiàn)斜率絕對(duì)值即為電池內(nèi)阻r大小,即r=。

12/79【誤差分析】1.偶然誤差:(1)讀數(shù)不準(zhǔn)引發(fā)誤差。(2)用圖象法求E和r時(shí),因?yàn)樽鲌D不準(zhǔn)確造成誤差。13/792.系統(tǒng)誤差:(1)若采取甲圖電路,因?yàn)殡妷罕矸至髯饔迷斐烧`差,電壓值越大,電壓表分流越多,對(duì)應(yīng)I真與I測(cè)差越大。其U-I圖象如乙圖所表示。14/79結(jié)論:①E測(cè)<E真。②r測(cè)<r真。15/79(2)若采取丙圖電路,因?yàn)殡娏鞅矸謮鹤饔迷斐烧`差,電流越大,電流表分壓越多,對(duì)應(yīng)U真與U測(cè)差越大。其U-I圖象如丁圖所表示。16/79結(jié)論:①E測(cè)=E真。②r測(cè)=r真。17/79【注意事項(xiàng)】1.為了使電池路端電壓改變顯著,應(yīng)選內(nèi)阻大些電池(選取已使用過(guò)一段時(shí)間干電池)。2.在試驗(yàn)中不要將I調(diào)得過(guò)大,每次讀完U和I數(shù)據(jù)后應(yīng)馬上斷開(kāi)電源,以免干電池在大電流放電時(shí),E和r顯著改變。3.要測(cè)出不少于6組(I、U)數(shù)據(jù),且改變范圍要大些。18/794.畫(huà)U-I圖線(xiàn)時(shí),縱軸刻度能夠不從零開(kāi)始,而是依據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開(kāi)始(橫坐標(biāo)I必須從零開(kāi)始),但這時(shí)圖線(xiàn)與橫軸交點(diǎn)不再是短路電流,而圖線(xiàn)與縱軸交點(diǎn)仍為電源電動(dòng)勢(shì),圖線(xiàn)斜率絕對(duì)值仍為內(nèi)阻。19/79熱點(diǎn)一試驗(yàn)原理了解【典例1】(·四川高考)用如圖所示電路測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)器材:待測(cè)電源(電動(dòng)勢(shì)約3V,內(nèi)阻約2Ω),保護(hù)電阻R1(阻值10Ω)和R2(阻值5Ω),滑動(dòng)變阻器R,電流表A,電壓表V,開(kāi)關(guān)S,導(dǎo)線(xiàn)若干。20/79試驗(yàn)主要步驟:(1)將滑動(dòng)變阻器接入電路阻值調(diào)到最大,閉合開(kāi)關(guān)。(2)逐步減小滑動(dòng)變阻器接入電路阻值,記下電壓表示數(shù)U和對(duì)應(yīng)電流表示數(shù)I。21/79(3)以U為縱坐標(biāo),I為橫坐標(biāo),作U-I圖線(xiàn)(U、I都用國(guó)際單位)。(4)求出U-I圖線(xiàn)斜率絕對(duì)值k和在橫軸上截距a?；卮鹨韵聠?wèn)題:世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)4272218922/79(1)電壓表最好選取________;電流表最好選取________。A.電壓表(0～3V,內(nèi)阻約15kΩ)B.電壓表(0～3V,內(nèi)阻約3kΩ)C.電流表(0～200mA,內(nèi)阻約2Ω)D.電流表(0～30mA,內(nèi)阻約2Ω)23/79(2)滑動(dòng)變阻器滑片從左向右滑動(dòng),發(fā)覺(jué)電壓表示數(shù)增大。兩導(dǎo)線(xiàn)與滑動(dòng)變阻器接線(xiàn)柱連接情況是________。A.兩導(dǎo)線(xiàn)接在滑動(dòng)變阻器電阻絲兩端接線(xiàn)柱B.兩導(dǎo)線(xiàn)接在滑動(dòng)變阻器金屬桿兩端接線(xiàn)柱24/79C.一條導(dǎo)線(xiàn)接在滑動(dòng)變阻器金屬桿左端接線(xiàn)柱,另一條導(dǎo)線(xiàn)接在電阻絲左端接線(xiàn)柱D.一條導(dǎo)線(xiàn)接在滑動(dòng)變阻器金屬桿右端接線(xiàn)柱,另一條導(dǎo)線(xiàn)接在電阻絲右端接線(xiàn)柱25/79(3)選取k、a、R1和R2表示待測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r表示式E=________,r=________,代入數(shù)值可得E和r測(cè)量值。26/79【解析】(1)本試驗(yàn)誤差在于電壓表分流,內(nèi)阻越大越好,故選A;電路中能到達(dá)最大電流I=≈180mA,電流表最好選C。27/79(2)滑動(dòng)變阻器滑片從左向右滑動(dòng),發(fā)覺(jué)電壓表示數(shù)增大,說(shuō)明外電路電阻變大,滑動(dòng)變阻器電阻變大,則兩導(dǎo)線(xiàn)與滑動(dòng)變阻器接線(xiàn)柱連接情況是一條導(dǎo)線(xiàn)接在滑動(dòng)變阻器金屬桿左端或右端接線(xiàn)柱,另一條導(dǎo)線(xiàn)接在電阻絲左端接線(xiàn)柱,選C。28/79(3)在U-I圖象中縱截距等于電源電動(dòng)勢(shì),則E=ka;斜率等于內(nèi)阻與R2和,故r=k-R2。答案:(1)A

C

(2)C

(3)ka

k-R229/79【強(qiáng)化訓(xùn)練】(·天津高考)用電流表和電壓表測(cè)定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成電池組(電動(dòng)勢(shì)約4.5V,內(nèi)電阻約1Ω)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻,除待測(cè)電池組、電鍵、導(dǎo)線(xiàn)外,還有以下器材供選取:A.電流表:量程0.6A,內(nèi)電阻約1ΩB.電流表:量程3A,內(nèi)電阻約0.2Ω30/79C.電壓表:量程3V,內(nèi)電阻約30kΩD.電壓表:量程6V,內(nèi)電阻約60kΩE.滑動(dòng)變阻器:0～1000Ω,額定電流0.5AF.滑動(dòng)變阻器:0～20Ω,額定電流2A31/79(1)為了使測(cè)量結(jié)果盡可能準(zhǔn)確,電流表應(yīng)選取_______,電壓表應(yīng)選取_____,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選取______(均填儀器字母代號(hào))。32/79(2)如圖為正確選擇儀器后,連好部分電路。為了使測(cè)量誤差盡可能小,還需在電路中用導(dǎo)線(xiàn)將_________和___________相連、__________和_________相連、________和_______相連(均填儀器上接線(xiàn)柱字母代號(hào))。33/79(3)試驗(yàn)時(shí)發(fā)覺(jué)電流表壞了,于是不再使用電流表,剩下儀器中僅用電阻箱替換掉滑動(dòng)變阻器,重新連接電路,仍能完成試驗(yàn),試驗(yàn)中讀出幾組電阻箱阻值R和對(duì)應(yīng)電壓表示數(shù)U。用圖象法處理采集到數(shù)據(jù),為在直角坐標(biāo)系中得到函數(shù)圖象是一條直線(xiàn),則能夠__________為縱坐標(biāo),以__________為橫坐標(biāo)。34/79【解析】(1)為了使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確,電流表應(yīng)選取小量程,故電流表應(yīng)選取A;電池組電動(dòng)勢(shì)約為4.5V,故電壓表應(yīng)選量程6V,即選D;滑動(dòng)變阻器E最大阻值太大,故應(yīng)選F。(2)電壓表負(fù)接線(xiàn)柱已畫(huà)好,正接線(xiàn)柱應(yīng)接電源正極,故用導(dǎo)線(xiàn)將a和d相連、c和g相連、f和h相連。35/79(3)依據(jù)閉合電路歐姆定律有I=,依據(jù)部分電路歐姆定律有U=IR,解得U=,經(jīng)整理可得能夠?yàn)榭v坐標(biāo),以為橫坐標(biāo),則在直角坐標(biāo)系中得到函數(shù)圖象是一條直線(xiàn)。答案:(1)ADF(2)adcgfh(3)(或U或R)36/79【反思?xì)w納】測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻其它方法(1)安阻法:用一個(gè)電流表和電阻箱測(cè)量,測(cè)量原理:E=I1(R1+r),E=I2(R2+r)。(2)伏阻法:用一個(gè)電壓表和電阻箱測(cè)量,E=U1+r、E=U2+r。37/79(3)粗測(cè)法:即用一個(gè)電壓表粗測(cè)電動(dòng)勢(shì)。(4)其它方法:從標(biāo)準(zhǔn)上說(shuō)只要能建立可測(cè)量與待求量E、r之間關(guān)系式,并使關(guān)系式有效個(gè)數(shù)等于未知量個(gè)數(shù),就能夠依據(jù)可測(cè)量計(jì)算電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。38/79熱點(diǎn)二試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理【典例2】(·江蘇高考)小明利用如圖所表示試驗(yàn)裝置測(cè)量一干電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)4272219039/79(1)圖中電流表示數(shù)為_(kāi)_________A。(2)調(diào)整滑動(dòng)變阻器,電壓表和電流表示數(shù)統(tǒng)計(jì)以下:U/V1.451.361.271.161.06I/A0.120.200.280.360.4440/79請(qǐng)依據(jù)表中數(shù)據(jù),在方格紙上作出U-I圖線(xiàn)。由圖線(xiàn)求得:電動(dòng)勢(shì)E=________V;內(nèi)阻r=_____Ω。41/79(3)試驗(yàn)時(shí),小明進(jìn)行了屢次測(cè)量,花費(fèi)了較長(zhǎng)時(shí)間,測(cè)量期間一直保持電路閉合。其實(shí),從試驗(yàn)誤差考慮,這么操作不妥,因?yàn)開(kāi)_____________。42/79【解題指導(dǎo)】1.命題立意:考查測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法及誤差分析。43/792.解題關(guān)鍵:(1)電流表讀數(shù)時(shí),應(yīng)首先明確電流表使用量程,并深入明確表盤(pán)最小分度。(2)電源U-I圖象中,縱截距為電動(dòng)勢(shì),斜率絕對(duì)值為內(nèi)阻。44/79【解析】(1)電流表使用量程為0～0.6A,所以電流表讀數(shù)為0.44A。(2)描點(diǎn)連線(xiàn)得到U-I圖象,如圖所表示45/79依據(jù)E=U+Ir,圖象中縱截距為電動(dòng)勢(shì),所以E=1.60V(1.58～1.62都算對(duì)),斜率為內(nèi)阻,所以r=1.2Ω(1.18～1.26都算對(duì))。(3)干電池長(zhǎng)時(shí)間使用后,電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻會(huì)發(fā)生改變,造成試驗(yàn)誤差增大。46/79答案:(1)0.44(2)U-I圖象看法析1.60(1.58～1.62都算對(duì))1.2(1.18～1.26都算對(duì))(3)干電池長(zhǎng)時(shí)間使用后,電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻會(huì)發(fā)生改變,造成試驗(yàn)誤差增大47/79【強(qiáng)化訓(xùn)練】1.利用如圖甲所表示電路,能夠測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,所用試驗(yàn)器材有:待測(cè)電源,電阻箱R(最大阻值999.9Ω),電阻R0(阻值為3.0Ω),電阻R1(阻值為3.0Ω),電流表(量程為200mA,內(nèi)阻為RA=6.0Ω),開(kāi)關(guān)S。試驗(yàn)步驟以下:48/79①將電阻箱阻值調(diào)到最大,閉合開(kāi)關(guān)S;②屢次調(diào)整電阻箱,記下電流表示數(shù)I和電阻箱對(duì)應(yīng)阻值R;③以為縱坐標(biāo),R為橫坐標(biāo),作-R圖線(xiàn)(用直線(xiàn)擬合);④求出直線(xiàn)斜率k和在縱軸上截距b。49/79回答以下問(wèn)題:(1)分別用E和r表示電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,則與R關(guān)系式為_(kāi)_____________________。(2)試驗(yàn)得到部分?jǐn)?shù)據(jù)以下表所表示,其中電阻R=3.0Ω時(shí)電流表示數(shù)如圖乙所表示,讀出數(shù)據(jù),完成下表。答:①____________,②______________。50/79R/Ω1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.125①0.1000.0910.0840.077I-1/A-16.998.00②10.011.011.913.051/79(3)在圖丙坐標(biāo)紙上將所缺數(shù)據(jù)點(diǎn)補(bǔ)充完整并作圖,依據(jù)圖線(xiàn)求得斜率k=______A-1Ω-1,截距b=______A-1。(4)依據(jù)圖線(xiàn)求得電源電動(dòng)勢(shì)E=__________V,內(nèi)阻r=___________Ω。52/79【解析】本題考查了測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。(1)電流表電阻是R12倍,所以干路電流為3I,依據(jù)閉合電路歐姆定律E=3I(r+R0+R)+IRA,代入數(shù)據(jù),化簡(jiǎn)得(2)電流表每小格表示2mA,所以電流表讀數(shù)是0.110A,倒數(shù)是9.09A-1。53/79(3)依據(jù)坐標(biāo)紙上給出點(diǎn),畫(huà)出一條直線(xiàn),得出斜率k=1.0A-1Ω-1,截距b=6.0A-1。54/79(4)斜率k=,所以E==3.0V,截距b=,r=-5Ω=1.0Ω。答案:(1)(2)0.1109.09(3)1.0(或在0.96～1.04之間)6.0(或在5.9～6.1之間)(4)3.0(或在2.7～3.3之間)1.0(或在0.6～1.4之間)55/792.(·安徽高考)某同學(xué)為了測(cè)量一節(jié)電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,從試驗(yàn)室找到以下器材:一個(gè)滿(mǎn)偏電流為100μA,內(nèi)阻為2500Ω表頭,一個(gè)開(kāi)關(guān),兩個(gè)電阻箱(0～999.9Ω)和若干導(dǎo)線(xiàn)。(1)因?yàn)楸眍^量程偏小,該同學(xué)首先需將表頭改裝成量程為50mA電流表,則應(yīng)將表頭與電阻箱_________(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”),并將該電阻箱阻值調(diào)為_(kāi)_____Ω。56/79(2)接著該同學(xué)用改裝電流表對(duì)電池電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻進(jìn)行測(cè)量,試驗(yàn)電路如圖甲所表示,經(jīng)過(guò)改變電阻R測(cè)對(duì)應(yīng)電流I,且作相關(guān)計(jì)算后一并統(tǒng)計(jì)以下表。57/79123456R/Ω95.075.055.045.035.025.0I/mA15.018.724.829.536.048.0IR/V1.421.401.361.331.261.2058/79①依據(jù)表中數(shù)據(jù),圖乙中已描繪出四個(gè)點(diǎn),請(qǐng)將第5、6兩組數(shù)據(jù)也描繪在圖乙中,并畫(huà)IR-I圖線(xiàn)。②依據(jù)圖線(xiàn)可得電池電動(dòng)勢(shì)E是________V,內(nèi)阻r是________Ω。59/79【解析】(1)電流表擴(kuò)大量程原理是并聯(lián)分流,所以表頭應(yīng)與電阻箱并聯(lián),則IgRg=(I-Ig)R,所以R=×2500Ω=5.0Ω。(2)描點(diǎn)連線(xiàn)如圖所表示,由E=IR+Ir可知本試驗(yàn)原理公式為IR=-Ir+E,所以直線(xiàn)與縱軸截距為電動(dòng)勢(shì),大小為1.53V,斜率大小為電源內(nèi)阻,大小為6.7Ω。60/79答案:(1)并聯(lián)5.0(2)①看法析圖②1.536.761/79【反思?xì)w納】圖象法分析電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻(1)首先明確縱、橫坐標(biāo),并推導(dǎo)出縱橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)物理量之間關(guān)系式,若為一次函數(shù)關(guān)系,則整理為斜截式形式。(2)若為一次函數(shù)關(guān)系,明確圖線(xiàn)截距、斜率含義,并利用截距、斜率確定對(duì)應(yīng)物理量大小。(3)若為其它函數(shù)關(guān)系,利用圖線(xiàn)上特殊點(diǎn)坐標(biāo)值分析。62/79熱點(diǎn)三試驗(yàn)拓展與創(chuàng)新【典例3】如圖甲是某研究小組設(shè)計(jì)一個(gè)試驗(yàn)電路,R為阻值可調(diào)整電阻箱,R0為定值電阻,K為單刀雙擲開(kāi)關(guān),電流表量程適當(dāng)、內(nèi)阻忽略不計(jì),用該試驗(yàn)電路測(cè)量直流電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)4272219163/79(1)讀出圖乙中電阻箱阻值R=________Ω。(2)依據(jù)圖甲試驗(yàn)電路,用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)將圖乙儀器連接好。64/79(3)將單刀雙擲開(kāi)關(guān)K分別撥到左側(cè)a、豎起空置兩種狀態(tài)下并保持電阻箱阻值(已知)不變,閉合開(kāi)關(guān)K1時(shí)電流表讀數(shù)分別為Ia、I0,則直流電源電動(dòng)勢(shì)E=______________(用符號(hào)表示)。65/79【解析】(1)圖乙中電阻箱阻值R=1×100Ω+1×10Ω=110Ω。(2)依據(jù)電路圖連接實(shí)物圖:66/79(3)將單刀雙擲開(kāi)關(guān)打到a,閉合開(kāi)關(guān)K1時(shí)電流表讀數(shù)為Ia,依據(jù)閉合電路歐姆定律得:Ia(+r)=E,將單刀雙擲開(kāi)關(guān)K打到空置位置,閉合開(kāi)關(guān)K1時(shí)電流表讀數(shù)為I0,依據(jù)閉合電路歐姆定律得I0R+I0r=E。聯(lián)立解得E=答案:(1)110(2)看法析(3)

67/79【強(qiáng)化訓(xùn)練】1.硅光電池是一個(gè)可將光能轉(zhuǎn)化為電能元件。某同學(xué)利用圖甲所表示電路探究某硅光電池路端電壓U與電流I關(guān)系。圖中定值電阻R0=2Ω,電壓表、電流表均可視為理想電表。68/79(1)用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn),依據(jù)電路圖,將圖乙中實(shí)物電路補(bǔ)充完整。(2)試驗(yàn)一:用一定強(qiáng)度光照射硅光電池,閉合開(kāi)關(guān)S,調(diào)整可調(diào)電阻R阻值,經(jīng)過(guò)測(cè)量得到該電池U-I曲線(xiàn)a(見(jiàn)圖丙)。則由圖象可知,當(dāng)電流小于200mA時(shí),該硅光電池電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)_______V,內(nèi)阻為_(kāi)_______Ω。69/79(3)試驗(yàn)二:減小光照強(qiáng)度,重復(fù)試驗(yàn),經(jīng)過(guò)測(cè)量得到該電池U-I曲線(xiàn)b(見(jiàn)圖丙)。當(dāng)可調(diào)電阻R阻值調(diào)到某值時(shí),若該電路路端電壓為1.5V,由曲線(xiàn)b可知,此時(shí)可調(diào)電阻R電功率約為_(kāi)_________W(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。70/7971/79【解析】(1)分析圖甲所表示試驗(yàn)原理圖,依據(jù)原理圖連接實(shí)物電路圖,如圖所表示。72/79(2)在硅光電池U-I圖象中,當(dāng)I=0時(shí),U=E,圖線(xiàn)斜率絕對(duì)值表示內(nèi)阻。由圖線(xiàn)a可知E=2.9V,在電流小于200mA情況下,此電池內(nèi)阻