2020届高考物理总复习第八章恒定电流实验十测定电源的电动势和内阻课件新人教版.pptx

实验十 测定电源的电动势和内阻,【实验目的】 1.会用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻。 2.进一步加深对闭合电路欧姆定律的理解。 3.进一步熟练掌握电压表和电流表的使用方法。,【实验原理】 闭合电路欧姆定律：E=U外+U内。 如果电表器材是电压表和电流表，可用U-I法，即E=U+Ir。,原理图如图甲，实物连接图为图乙。,【实验器材】 电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导丝、坐标纸、刻度尺、铅笔等。,【实验过程】 1.连接电路：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电路。 2.测量与记录： (1)把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端。,(2)闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)。 (3)用同样方法测量出多组I、U值，填入数据记录表格中。 (4)断开开关，拆除电路，整理好器材。,【数据处理】 设计表格，将测得的六组U、I值填入表格中。,方法一：计算法 由U=E-Ir列多个方程组求解，再求E、r的平均值。 方法二：图象法 以路端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建坐标系、描点、连线，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r。,【误差分析】 1.偶然误差： (1)读数不准引起误差。 (2)用图象法求E和r时，由于作图不准确造成误差。,2.系统误差： (1)若采用甲图电路，由于电压表的分流作用造成误差，电压值越大，电压表的分流越多，对应的I真与I测的差越大。其U-I图象如乙图所示。,结论：E测E真，r测r真。,(2)若采用丙图电路，由于电流表的分压作用造成误差，电流越大，电流表分压越多，对应U真与U测的差越大。其U-I图象如丁图所示。 结论：E测=E真，r测r真。,【注意事项】 (1)为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池。 (2)电流不要过大，应小于0.5 A，读数要快。 (3)要测出不少于6组的(I，U)数据，变化范围要大些。,(4)若U-I图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的 交点不再是短路电流，内阻应根据r= 确定。 (5)电流表要相对电源外接(因为r很小)。,热点一 教材原型实验 【典例1】(2018厦门模拟)在测量一节干电池的电动势E和内阻r的实验中，小明设计了如图甲所示的实验电路。,(1)根据图甲实验电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。 (2)实验开始前，应先将滑动变阻器的滑片P移至_(选填“a”或“b”)端。,(3)合上开关S1，S2接图甲中的1位置，改变滑动变阻器的阻值，记录下几组电压表示数和对应的电流表示数；S2改接图甲中的2位置，改变滑动变阻器的阻值，再记录下几组电压表示数和对应的电流表示数。 在同一坐标系内分别描点作出电压表示数U和对应的电流表示数I的图象，如图丙所示，两直线与纵轴的截距分别为UA、UB，与横轴的截距分别为IA、IB。,S2接1位置时，作出的U-I图线是图 丙中的_(选填“A”或“B”) 线； S2接1位置时，测出的电池电动势E和内阻r存在系统 误差，原因是_表(选填“电压”或“电流”)的 示数偏_(选填“大”或“小”)。,【解析】(1)实物连线图如图所示 (2)为保护电流表，实验开始前，应将滑片P移至电阻最大的a端。,(3)当S2接1位置时，可把电压表与电源看作一个等效电源，根据闭合电路欧姆定律E=U断可知，电动势和内阻的测量值均小于真实值，所以作出的U-I图线应是B线； 测出的电池电动势E和内阻r存在系统误差，原因是电压表的分流，结果使电流表的示数偏小。 答案：(1)见解析图 (2)a (3)B 电流 小,【解题通法】 1.实验电路的选择 干电池的内阻很小，电流表应相对电源外接。 2.实验仪器的选择 (1)干电池的电动势大约为1.5 V，电压表应选择量程为3 V的。,(2)滑动变阻器的选择要注意保证实验的安全性及方便调节等问题。,3.图线信息 (1)在电源的U-I图线中，若两坐标轴均从零开始的， 则图线与U轴的截距为电源电动势，图线与I轴的截距 为电源的短路电流。 (2)若U轴不以零开始，则U轴截距仍为电动势，I轴截 距不再是短路电流，则r= 。,4.电源输出功率与路端电压的关系 根据电源最大输出功率的条件，当外电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大。,热点二 创新拓展实验,题型1 电表的改装 【典例2】 (2019开封模拟)某课外小组在参观工厂 时，看到一丢弃不用的电池，同学们想用物理上学到 的知识来测定这个电池的电动势和内阻，已知这个电 池的电动势约为1113 V，内阻小于3 ，由于直流 电压表量程只有3 V，需要将这只电压表通过连接一,固定电阻(用电阻箱代替)，改装为量程为15 V的电压表，然后再用伏安法测电池的电动势和内阻，以下是他们的实验操作过程：,(1)把电压表量程扩大，实验电路如图甲所示，实验步骤如下，完成填空。 第一步：按电路图连接实物； 第二步：把滑动变阻器滑片移到最右端，把电阻箱阻值调到零；,第三步：闭合开关，把滑动变阻器滑片调到适当位置，使电压表读数为3 V； 第四步：把电阻箱阻值调到适当值，使电压表读数为_ V；,第五步：不再改变电阻箱阻值，保持电压表和电阻箱串联，撤去其他线路，即得量程为15 V的电压表。,(2)实验可供选择的器材有： A.电压表(量程为3 V，内阻约2 k) B.电流表(量程为3 A，内阻约0.1 ) C.电阻箱(阻值范围09 999 ) D.电阻箱(阻值范围0999 ) E.滑动变阻器(阻值为020 ，额定电流2 A) F.滑动变阻器(阻值为020 k，额定电流0.2 A) 电阻箱应选_，滑动变阻器应选_。,(3)用该扩大了量程的电压表(电压表的表盘没变)，测电池电动势E和内阻r，实验电路如图乙所示，得到多组电压U和电流I的值，并作出U-I图线如图丙所示，可知电池的电动势为_ V，内阻为_ 。,【创新点分析】(1)本实验应用半偏法原理将小量程电压表改装成大量程电压表，突出对改装原理的理解和应用。 (2)对U-I图线应用和改装后电压表倍数关系求解，这点考生易错。,【解析】(1)将3 V电压表装成15 V量程，串联电阻箱后的总电阻为原来的电压表内阻的5倍，由于滑动变阻器位置不变，分压部分的两端电压仍为3 V，此时电压表两端的电压为0.6 V。 (2)改装电压表需要串联大电阻，电阻箱选C；由于用分压电路，滑动变阻器选E。,(3)由于电压表改装后量程扩大5倍，将图丙的纵坐标 扩大5倍，即可根据纵轴截距得电池的电动势为2.3 5 V=11.5 V，由图线斜率的绝对值可求得电源的内阻 为r= =2.5 。 答案(1)0.6 (2)C E (3)11.5 2.5,题型2 定值电阻扩大电源内阻 【典例3】某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池 组的电动势和内阻，实验原理图如图甲所示，其中， 虚线框内为用灵敏电流计 改装的电流表 ， 为 标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R为滑动变阻 器，R0是标称值为4.0 的定值电阻。 世纪金榜导 学号,(1)已知灵敏电流计 的满偏电流为Ig=100 A、内 阻为rg=2.0 k，若要改装后的电流表满偏电流为 200 mA，应并联一只_ (保留一位小数)的定 值电阻R1。,(2)根据图甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整的电路；,(3)某次实验的数据如表所示：,该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法)，计算出电池组的内阻r=_ (保留两位小数)；为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是_。,(4)该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是_。(选填选项前的字母),A.电压表内阻的影响 B.滑动变阻器的最大阻值偏小 C.R1的实际阻值比计算值偏小 D.R0的实际阻值比标称值偏大,【创新点分析】(1)灵活应用闭合电路欧姆定律测电源电动势和内阻，并能会对电路图原理进行误差分析。 (2)为使电表示数变化明显，电路串联一定值电阻R0，等效扩大了电源内阻为r+R0。,【解析】(1)由电流表的改装知识可知，R1= 1.0 。 (2)如图所示。,(3)根据闭合电路的欧姆定律结合逐差法可知：r1= -R0，r2= -R0，r3= -R0，r4= -R0，故r= -R01.66 ，逐差法在计算 中体现的主要优点是：充分利用已测得的数据。,(4)根据题意可知，内阻的测量为r测= -R0，因此， 电压表的内阻、滑动变阻器的阻值对测量结果无影 响。若R1的实际值比计算值偏小，则改装后的电流表 示数偏小，导致内阻测量值偏大。根据内阻测量值的 表达式可知，R0的实际值比标称值偏大，也会导致内 阻测量值偏大。选C、D。,答案：(1)1.0 (2)见解析 (3)1.66 充分利用已测得的数据 (4)C、D,题型3 电压表+电阻箱 【典例4】小张同学根据所学的电路知识利用如图甲所示的电路来测定未知电阻Rx的值及电源电动势E和内阻r，其中R为可变电阻箱。,(1)小张用下列方法测未知电阻Rx的值，请你补全实验步骤。 将电压表选择合适的量程，闭合开关S1，_ (选填“闭合”或“断开”)开关S2，调节电阻箱R，使电压表读数尽可能大，记下电压表的读数U和电阻箱接入电路中的电阻值R0。,保持开关S1闭合，_(选填“闭合”或“断开”)开关 S2，增加电阻箱接入电路中的电阻，使电压表读数为U，记下电阻箱接入电路中的电阻值R1 。 可以得出待测电阻Rx=_(用题中已知字母表示) 。,(2)由第(1)问小张同学测出了Rx的阻值后，他把开关 S1闭合， S2始终保持断开，改变电阻箱R接入电路中 的电阻，得到多组数据，他把这些数据描在 图象上，得到一直线如图乙所示，由图线可得电源 电动势E=_V，电源内阻r= _。(结果保 留三位有效数字),【创新点分析】(1)本实验有双重知识点考查，既能利用设计的电路测电阻，又能测电源的电动势和内阻。 (2)能巧妙变换数学表达式理解物理量意义，以考查学生对本实验原理理解、综合分析和应用能力。,【解析】(1)根据题意，两个步骤中保证同一电源的路端电压相等，根据闭合电路的欧姆定律可以知道，两次实验中外电路的电阻一定相等，从而可以求出待测电阻的阻值，因此应先断开开关S2，将待测电阻接入电路，测出电阻箱接入电阻并读出电压表示数U；然后再连接开关S2，将Rx短路，再调节电阻箱，即可得出上一步中电阻箱与待测电阻的阻值之和，则可以知道所测电阻值为Rx=R1-R0。,(2)根据闭合电路欧姆定律可得：E=U+ r 变形可得： 由图乙可以知道： 计算得出：E=2.00 V，r=1.00 。 答案：(1)断开 闭合 R1-R0 (2)2.00 1.00,题型4 电流表+电阻箱 【典例5】(2018江苏高考)一同学测量某干电池的电动势和内阻。 (1)甲图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。,(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算 的 数据见表：,根据表中数据，在方格纸上作出R- 关系图象。由图 象可计算出该干电池的电动势为_V；内阻为 _。,(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱，当电流表的示数为0.33 A时，电压表的指针位置如乙图所示，则该干电池的电动势应为_V；内阻应为_。,【创新点分析】(1)在原来电流表和电压表共有情况下，改编为电流表和电阻箱来测电源的电动势和内阻，考查对原理的理解和应用。 (2)对第(3)问实际是灵活考误差分析。,【解析】(1)开关不应该闭合，应该保持断开状态。 电阻箱要以最大阻值接入，然后再调小。 (2)根据表中数据