新高考物理一輪復(fù)習(xí)重難點練習(xí)實驗11 測量電源的電動勢和內(nèi)電阻（原卷版）

實驗11測量電源的電動勢和內(nèi)電阻1.理解測量電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗原理——閉合電路歐姆定律.2.掌握用電流表和電壓表測定電源的電動勢和內(nèi)電阻的方法.3.掌握實物圖連接的技巧.4.會用圖像處理實驗數(shù)據(jù)．一、伏安法測電源的電動勢和內(nèi)電阻1．實驗原理閉合電路歐姆定律．2．實驗器材干電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙和刻度尺．3．實驗步驟(1)電流表用0.6A的量程，電壓表用3V的量程，按圖連接好電路．(2)把滑動變阻器的滑片移到接入電路阻值最大的一端．(3)閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1)．用同樣的方法再測量幾組I、U值，填入表格中．(4)斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材．4．實驗數(shù)據(jù)處理(1)列方程組eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r))，解出E、r，并多次測量求平均值．(2)用作圖法處理數(shù)據(jù)，如圖所示．①圖線與縱軸交點為電源電動勢E；②圖線斜率的絕對值為內(nèi)阻r.5．誤差分析(1)偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U－I圖像時描點不準(zhǔn)確．(2)系統(tǒng)誤差：①方法a若采用甲圖電路，電壓表的分流作用造成誤差，電壓值越大，電壓表的分流越多，對應(yīng)的I真與I測的差越大，IV＝eq\f(U,RV).其中U－I圖像如圖乙所示．結(jié)論：E測<E真，r測<r真．方法b等效電源法如圖甲所示，E測＝eq\f(RV,RV＋r)E真<E真，r測＝eq\f(RVr,RV＋r)<r真．②方法a若采用丙圖電路，電流表的分壓作用造成誤差，電流越大，電流表分壓越多，對應(yīng)U真與U測的差越大，UA＝I·RA.其中U－I圖像如圖丁所示．結(jié)論：E測＝E真，r測>r真．方法b等效電源法如圖丙所示，E測＝E真，r測＝r＋RA>r真．(3)電路選擇：①電源內(nèi)阻一般較小，選圖甲電路誤差較?。诋?dāng)內(nèi)阻已知時選圖丙電路，此時r＝k－RA，沒有系統(tǒng)誤差．6．注意事項(1)為了使路端電壓變化明顯，可使用內(nèi)阻較大的舊電池．(2)電流不要過大，應(yīng)小于0.5A，讀數(shù)要快．(3)要測出不少于6組的(I，U)數(shù)據(jù)，變化范圍要大些．(4)若U－I圖線縱軸刻度不從零開始，則圖線和橫軸的交點不再是短路電流，內(nèi)阻應(yīng)根據(jù)r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|確定．【典例1】（2022·浙江·慈溪中學(xué)高二階段練習(xí)）小明同學(xué)嘗試測量電瓶車上蓄電池的電動勢和內(nèi)阻。①已知電源內(nèi)阻比較小，移動滑動變阻器滑片時，為了使電壓表示數(shù)變化比較明顯，小明在思考后將R0=7Ω的定值電阻串入電路中，如圖甲中的___________（選填“A”或“B”）。②選定設(shè)計的實驗電路，多次調(diào)節(jié)滑動變阻器R阻值，讀出相應(yīng)的電壓表和電流表示數(shù)U和I，由將測得的數(shù)據(jù)描繪出如圖乙所示的U-I圖像。蓄電池的內(nèi)阻r0=___________Ω。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）③該同學(xué)分析了實驗中由電表內(nèi)阻引起的實驗誤差。下圖中，實線是根據(jù)本實驗的數(shù)據(jù)描點作圖得到的U-I圖像；虛線是該電源在沒有電表內(nèi)阻影響的理想情況下所對應(yīng)的U-I圖像。則可能正確的是___________?！镜淅?】（2022·海南·昌江黎族自治縣礦區(qū)中學(xué)二模）（1）某同學(xué)用螺旋測微器測量一物體的直徑，讀出圖中讀數(shù)為___________mm（2）在測量電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，有電壓表V（量程為3V，內(nèi)阻約3kΩ）；電流表A（量程為0.6A，內(nèi)阻約為0.70Ω）；滑動變阻器R（10Ω，2A）。為了更準(zhǔn)確地測出電源電動勢和內(nèi)阻設(shè)計了如圖所示的電路圖。①如圖所示在閉合開關(guān)之前為防止電表過載而滑動變阻器的滑動頭P應(yīng)放在___________（選填“a”或“b”）處；②在實驗中測得多組電壓和電流值，得到如圖所示的U-I圖線，由圖可得該電源電動勢E=___________V，內(nèi)阻r=___________Ω。（3）某同學(xué)在設(shè)計電壓表改裝時，將一個內(nèi)阻為60Ω，滿偏電流為0.5mA的電流表表頭改成量程為3V的電壓表，需要___________（選填“串”或“并”）聯(lián)一個阻值___________Ω的電阻。【典例3】（2022·貴州·鎮(zhèn)遠縣文德民族中學(xué)校高三階段練習(xí)）如圖甲所示電路，某學(xué)生用電流表和電壓表測干電池的電動勢和內(nèi)阻時，所用滑動變阻器的阻值范圍為SKIPIF1<0，連接電路的實物圖如圖乙所示。（1）該學(xué)生接線中錯誤的和不規(guī)范的做法是______。A．滑動變阻器不起變阻作用

B．電流表接線有錯C．電壓表量程選用不當(dāng)

D．電壓表接線不妥（2）該同學(xué)將電路按正確的電路圖連接好，檢查無誤后，閉合開關(guān)，進行實驗，某一次電表的示數(shù)如圖丙所示，則電壓表的讀數(shù)為______V，電流表的讀數(shù)為______A。二、安阻法測電動勢和內(nèi)電阻1．實驗原理閉合電路的歐姆定律E＝IR＋Ir，電路圖如圖所示．2．實驗器材電池、電流表、電阻箱、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙和刻度尺．3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)計算法：由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝I1R1＋I1r,E＝I2R2＋I2r))解方程組求得E，r.(2)圖像法：由E＝I(R＋r)可得①eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(r,E)，可作eq\f(1,I)－R圖像(如圖甲)eq\f(1,I)－R圖像的斜率k＝eq\f(1,E)，縱軸截距為eq\f(r,E)②R＝E·eq\f(1,I)－r，可作R－eq\f(1,I)圖像(如圖乙)R－eq\f(1,I)圖像的斜率k＝E，縱軸截距為－r.4．誤差分析(1)誤差來源：電流表有電阻，導(dǎo)致內(nèi)阻測量不準(zhǔn)確；(2)結(jié)論：E測＝E真，r測＞r真(r測＝r真＋rA)．【典例4】（2020·全國·高三專題練習(xí)）某學(xué)習(xí)小組利用安阻法測量電源電動勢和內(nèi)阻，電路圖如圖甲所示，R為電阻箱。(1)在實驗時，發(fā)現(xiàn)實驗室沒有合適的電流表，現(xiàn)需將量程SKIPIF1<0，內(nèi)阻SKIPIF1<0的電流表改裝為SKIPIF1<0的電流表，應(yīng)_______________（填“串”或“并”）聯(lián)_______SKIPIF1<0的電阻。(2)實驗記錄數(shù)據(jù)如表所示（其中I為SKIPIF1<0電流表的讀數(shù)）123456SKIPIF1<01.02.03.04.05.06.0SKIPIF1<072.562.155.049.544.239.8SKIPIF1<013.816.118.220.222.625.1(3)根據(jù)(2)中的實驗數(shù)據(jù)在圖乙中作出SKIPIF1<0圖像_______。(4)作出的SKIPIF1<0圖像斜率為k，與縱坐標(biāo)截距為b，則電源電動勢和內(nèi)阻表達式為SKIPIF1<0_______，SKIPIF1<0_____。（用k、b表示）(5)根據(jù)(3)中SKIPIF1<0圖象求出SKIPIF1<0________V，SKIPIF1<0________SKIPIF1<0。（保留小數(shù)點后兩位）0。(保留小數(shù)點后兩位)【典例5】(2018·江蘇卷·10)一同學(xué)測量某干電池的電動勢和內(nèi)阻．(1)如圖所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時的實驗電路．請指出圖中在器材操作上存在的兩個不妥之處________________；________________.(2)實驗測得的電阻箱阻值R和電流表示數(shù)I，以及計算的eq\f(1,I)數(shù)據(jù)見下表：R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26eq\f(1,I)/A－16.75.95.34.53.8根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在方格紙上作出R－eq\f(1,I)關(guān)系圖像．由圖像可計算出該干電池的電動勢為________V；內(nèi)阻為________Ω.(3)為了得到更準(zhǔn)確的測量結(jié)果，在測出上述數(shù)據(jù)后，該同學(xué)將一只量程為100mV的電壓表并聯(lián)在電流表的兩端．調(diào)節(jié)電阻箱，當(dāng)電流表的示數(shù)為0.33A時，電壓表的指針位置如圖所示，則該干電池的電動勢應(yīng)為________V，內(nèi)阻應(yīng)為______Ω.三、伏阻法測電動勢和內(nèi)電阻1．實驗原理閉合電路歐姆定律E＝U＋eq\f(U,R)r，電路圖如圖所示．2．實驗器材電池、電壓表、電阻箱、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙和刻度尺．3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)計算法：由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋\f(U1,R1)r,E＝U2＋\f(U2,R2)r))解方程組可求得E和r.(2)圖像法：由E＝U＋eq\f(U,R)r得：eq\f(1,U)＝eq\f(1,E)＋eq\f(r,E)·eq\f(1,R).故eq\f(1,U)－eq\f(1,R)圖像的斜率k＝eq\f(r,E)，縱軸截距為eq\f(1,E)，如圖．4．誤差分析(1)誤差來源：電壓表有內(nèi)阻，干路電流表達式不準(zhǔn)確，導(dǎo)致電動勢測量不準(zhǔn)確；(2)結(jié)論：E測＜E真，r測＜r真．【典例6】(2021·全國乙卷·23)一實驗小組利用圖(a)所示的電路測量一電池的電動勢E(約1.5V)和內(nèi)阻r(小于2Ω)．圖中電壓表量程為1V，內(nèi)阻RV＝380.0Ω；定值電阻R0＝20.0Ω；電阻箱R最大阻值為999.9Ω；S為開關(guān)．按電路圖連接電路．完成下列填空：(1)為保護電壓表，閉合開關(guān)前，電阻箱接入電路的電阻值可以選________Ω(填“5.0”或“15.0”)；(2)閉合開關(guān)，多次調(diào)節(jié)電阻箱，記錄下阻值R和電壓表的相應(yīng)讀數(shù)U；(3)根據(jù)圖(a)所示電路，用R、R0、RV、E和r表示eq\f(1,U)，得eq\f(1,U)＝________；(4)利用測量數(shù)據(jù)，作eq\f(1,U)－R圖線，如圖(b)所示：(5)通過圖(b)可得E＝________V(保留2位小數(shù))，r＝________Ω(保留1位小數(shù))；(6)若將圖(a)中的電壓表當(dāng)成理想電表，得到的電源電動勢為E′，由此產(chǎn)生的誤差為eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(E′－E,E)))×100%＝________%.【典例7】（2022·江蘇省昆山中學(xué)模擬預(yù)測）某實驗小組需測定電池的電動勢和內(nèi)阻，器材有：一節(jié)待測電池、一個單刀雙擲開關(guān)、一個定值電阻（阻值為SKIPIF1<0）、一個電流表（內(nèi)阻為SKIPIF1<0）、一根均勻電阻絲（電阻絲總阻值大于SKIPIF1<0，并配有可在電阻絲上移動的金屬夾）、導(dǎo)線若干。由于缺少刻度尺，無法測量電阻絲長度，但發(fā)現(xiàn)桌上有一個圓形時鐘表盤。某同學(xué)提出將電阻絲繞在該表盤上，利用圓心角來表示接入電路的電阻絲長度。主要實驗步驟如下：（1）將器材如圖（a）連接：（2）開關(guān)閉合前，金屬夾應(yīng)夾在電阻絲的___________端（填“a”或“b”）；（3）改變金屬夾的位置，閉合開關(guān)，記錄每次接入電路的電阻絲對應(yīng)的圓心角SKIPIF1<0和電流表示數(shù)SKIPIF1<0，得到多組數(shù)據(jù)；（4）整理數(shù)據(jù)并在坐標(biāo)紙上描點繪圖，所得圖像如圖（b）所示，圖線斜率為SKIPIF1<0，與縱軸截距為d，設(shè)單位角度對應(yīng)電阻絲的阻值為SKIPIF1<0，該電池電動勢和內(nèi)阻可表示為SKIPIF1<0___________，SKIPIF1<0___________（用SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、d、SKIPIF1<0表示），此實驗中的r測_______r真（填“大于”，“等于”或“小于”）（5）為進一步確定結(jié)果，還需要測量單位角度對應(yīng)電阻絲的阻值SKIPIF1<0。利用現(xiàn)有器材設(shè)計實驗，在圖（c）方框中畫出實驗電路圖__________（電阻絲用滑動變阻器符號表示）；（6）利用測出的SKIPIF1<0，可得該電池的電動勢和內(nèi)阻。【典例8】（2022·湖北省羅田縣第一中學(xué)模擬預(yù)測）如圖甲是家用電子體重秤，因為輕小方便深受人們的青瞇。某同學(xué)用電子體重秤上的壓敏電阻R和一個電流表測定電池的電動勢和內(nèi)阻。該同學(xué)通過查閱說明書得知該壓敏電阻的阻值只和其受到的壓力FN有關(guān)，R=R0+kFN，其中R0和k為已知常數(shù)，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。備有下列器材：待測電池壓敏電阻、天平、電流表一只、質(zhì)量不同的物體、開關(guān)一個、導(dǎo)線若干。主要實驗步驟如下：①按設(shè)計電路圖乙連接好實物圖；②用天平測量物體的質(zhì)量m，將物體放在壓敏電阻上，閉合開關(guān)S，讀出對應(yīng)的電流表示數(shù)I；③更換不同質(zhì)量的物體，重復(fù)②的操作記錄多組數(shù)據(jù)；④根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)做出圖像如圖丙所示，b為圖線在縱軸上的截距，a、c為圖線上一個點的坐標(biāo)值?；卮鹨韵聠栴}：（1）如圖丙所示，選取SKIPIF1<0為縱坐標(biāo)，要符合圖中圖線特點，則橫坐標(biāo)x代表的物理量為___________（填“SKIPIF1<0”或“m”）；（2）若電流表的內(nèi)阻可忽略，根據(jù)（1）問中選取橫坐標(biāo)后的圖丙圖像可知，待測電池的電動勢E=__________，內(nèi)阻r=__________（選用k、a