2019年
【2019最新】精选高考物理必考实验精细精讲实验九测定电源的电动势和
内阻学案
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课前预习·基础落实 课堂互动·考点突破
课前预习·基础落实
【实验目的】
1.掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法。 2.学会用图象法求电动势和内阻。 【实验原理】
1.实验依据:闭合电路欧姆定律。 2.实验电路(如图实Ⅸ-1所示)
3.E和r的求解:由U=E-Ir得,解得E、r。 4.用作图法处理数据,如图实Ⅸ-2所示。 (1)图线与纵轴交点为E; (2)图线与横轴交点为I短=; (3)图线的斜率表示r=||。 【实验器材】
电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。 【实验步骤】
1.电流表用0.6 A量程,电压表用3 V量程,按实验电路图连接好实物电路。
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2.把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端。
3.闭合电键,调节变阻器,使电流表有明显示数。记录一组电流表和电压表的示数,用同样方法测量并记录几组I、U值,并填入表格中。 4.断开开关,拆除电路,整理好器材。 【数据处理】
方法一:列方程组求解电动势和内阻的大小
根据以上三组方程分别求出E、r,再取其平均值作为电源的电动势E和内阻r。 方法二:用图象法处理数据
在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U—I坐标系,在坐标平面内描出各组(I,U)值所对应的点,然后尽量多地通过这些点作一条直线,不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧,则直线与纵轴交点的纵坐标值即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距),直线斜率的绝对值即为电池的内阻r,即r=||。 【误差分析】 1.偶然误差
(1)由读数不准和电表线性不良引起误差。
(2)用图象法求E和r时,由于作图不准确造成的误差。
(3)测量过程中通电时间过长或电流过大,都会引起E、r变化。 2.系统误差
由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。
(1)如图实Ⅸ-1所示,在理论上E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差,而且电压表示数越大,IV越大.当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值=真实值。如图实Ⅸ-3所示,可知E测<E真,r测<r真。
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(2)若采用如图实Ⅸ-4甲所示的电路,IA为电源电流真实值,理论上有E=U+UA+IAr,其中UA不可知而造成误差,而且电流表示数越大,UA越大。当电流为零时,UA=0,电压为准确值,等于E,如图实Ⅸ-4乙所示,可知E测=E真,r测>r真。 【注意事项】
1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些(选用已使用过一段时间的1号干电池)。
2.干电池在大电流放电时,电动势会明显下降,内电阻会明显增大,因此在实验中不要将电流I调得过大,读数要快,每次读完立即断电。
3.在画U-I 图线时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。
4.干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小,即不会比电动势小很多,这时,在画U-I图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标 I必须从零开始)。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流Im,不过斜率的绝对值仍是电源的内电阻。
课堂互动·考点突破
考点一 实验原理与数据处理
[例1] (四川理综)用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6 V,电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有: 电流表A1(量程0~30 mA); 电流表A2(量程0~100 mA); 电压表V(量程0~6 V); 滑动变阻器R1(阻值0~5 Ω); 滑动变阻器R2(阻值0~300 Ω);
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开关S一个,导线若干条。 某同学的实验过程如下:
Ⅰ.设计如图实Ⅸ-5所示的电路图,正确连接电路。
Ⅱ.将R的阻值调到最大,闭合开关,逐次调小R的阻值,测出多组U和I的值,并记录。以U为纵轴,I为横轴,得到如图实Ⅸ-6所示的图线。
Ⅲ.断开开关,将Rx改接在B、C之间,A与B直接相连,其他部分保持不变。重复Ⅱ的步骤,得到另一条U-I图线,图线与横轴I的交点坐标为(I0,0),与纵轴U的交点坐标为(0,U0)。 回答下列问题:
(1)电流表应选用________,滑动变阻器应选用________; (2)由图乙的图线,得电源内阻r=________Ω;
(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx=________,代入数值可得Rx; (4)若电表为理想电表,Rx接在B、C之间与接在A、B之间,滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置,两种情况相比,电流表示数变化范围________,电压表示数变化范围________。(选填“相同”或“不同”) [解析]
(1)电路总电阻可能的最小值约为20 Ω,则回路中可能的最大电流Im= A=300 mA,可见,电流表应选用A2。
若选用滑动变阻器R1,电路中电流变化范围太窄,并且当R1连入电路阻值最大时,电路中电流仍可能会超过电流表A2的量程,故应选用R2。
(3)图乙中,U-I图线的斜率的绝对值等于电源内阻,由图象可知:r=25 Ω。 (3)由题意可知,Rx+r=,则Rx=-r。
(4)若电表为理想电表,Rx接在B、C或A、B之间,对干路中电流无影响,故电流表
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示数变化范围相同,很显然,电压表示数变化范围不相同。 [答案] (1)A2 R2 (2)25 (3)-r (4)相同 不同 考点二 仪器选择与电路连接
[例2] (天津理综)用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V,内电阻约1 Ω)的电动势和内电阻,除待测电池组、电键、导线外,还有下列器材供选用:
A.电流表:量程0.6 A,内电阻约1 Ω B.电流表:量程3 A,内电阻约0.2 Ω C.电压表:量程3 V,内电阻约30 kΩ D.电压表:量程6 V,内电阻约60 kΩ
E.滑动变阻器:0~1 000 Ω,额定电流0.5 A F.滑动变阻器:0~20 Ω,额定电流2 A
(1)为了使测量结果尽量准确,电流表应选用________,电压表应选用________,滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)。
(2)如图实Ⅸ-7为正确选择仪器后,连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将________和________相连、________和________相连、________和________相连(均填仪器上接线柱的字母代号)。
(3)实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连接电路,仍能完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U。用图象法处理采集到的数据,为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线,则可以________为纵坐标,以________为横坐标。 [解析]
(1)为了防止电源急剧放电时产生极化现象而引起电动势的下降,一般在测电源电动
2020高考物理必考实验精细精讲实验九测定电源的电动势和内阻学案
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