第三讲　第3课时　逐解课标实验-测量电源的电动势和内阻

第3课时逐解课标实验—测量电源的电动势和内阻

[把握经典实验方案]一、基本原理与操作原理装置图操作要领(1)安装：按照原理装置图安装实验仪器。(2)操作：闭合开关，改变滑动变阻器连入电路部分的阻值，测量多组(U、I)值。(3)作图：坐标轴标度要适当，单位要标注，连线时要使各数据点均匀分布在图线的两侧，明显偏离图线的点要舍去。二、核心关键——数据处理[融通多彩实验方案]1．鲁科版新教材——科学测量：电源的电动势和内阻[要点解读](1)教材只介绍了伏安法测量电源的电动势和内阻。(2)教材介绍了数据处理的两种方法：公式法和图像法。(3)教材在课后练习中涉及了伏阻法、安阻法测量电动势和内阻。实验原理图2．粤教版新教材——测量电源的电动势和内阻[要点解读](1)教材介绍了伏安法、安阻法测量电源的电动势和内阻。(2)教材介绍了数据处理的两种方法：公式法和图像法。(3)教材在“实践与拓展”栏目中引导学生自主设计用伏阻法测量电源的电动势和内阻的实验方案。实验原理图[归纳共性实验关键]1．不变的实验原理测量电动势和内阻的三种法：2．必备的实验器材电池(待测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸。3．通用的数据处理方法公式法和图像法。伏安法电压表、电流表、滑动变阻器组合使用。安阻法电流表、电阻箱组合使用。伏阻法电压表、电阻箱组合使用。考法一实验原理与操作1．(2022·青岛模拟)为了测量一节新干电池的电动势和内阻。(1)某同学使用多用电表粗测电池的电动势，以下操作不必要的是________。A．使用前进行欧姆调零B．选择直流2.5V挡进行测量C．实验结束后将挡位旋至交流电压最高挡D．红表笔接电源的正极，黑表笔接电源的负极(2)

如图甲所示，A、B、C、D是滑动变阻器的四个接线柱，在使用时要求滑片P向右滑动接入电路的电阻变大，则接入电路的接线柱可以是________。A．A和B

B．B和CC．A和D

D．C和D(3)某同学准备用以下给定的器材和一些导线来完成实验，器材如下。A．量程3V的电压表VB．量程0.6A的电流表AC．定值电阻R0(R0

＝1.5Ω)D．滑动变阻器R1(0～10Ω)E．开关S①请用笔画线代替导线在图乙中完成实物图连接。②实验中，改变滑动变阻器的阻值，得到了六组实验数据，已在图丙所示U-I坐标系中描点，请作出U-I图像，根据图像得出该干电池的内阻r＝________Ω(保留两位有效数字)。解析：

(1)使用多用电表粗测干电池的电动势，由于测量的是电压，不用进行欧姆调零，A为非必要操作；实验测量对象是电压为1.5V左右的干电池，应选用2.5V的直流挡，B操作必要；实验结束后，多用电表旋钮要旋转到OFF挡或交流电压最高挡，C操作必要；测量时，红表笔接电源的正极，黑表笔接电源的负极，D操作必要。(2)将A和B接入电路时，滑动变阻器相当于定值电阻，滑片P向右滑动，接入电路的电阻不变，A错误；将B和C接入电路时，滑片P向右滑动，接入电路的电阻减小，B错误；将A和D接入电路时，滑片P向右滑动，接入电路的电阻变大，C正确；将C和D接入电路时，滑动变阻器相当于导线，滑片P向右滑动，接入电路的电阻始终不变，D错误。答案：(1)A

(2)C

(3)见解析图1

②见解析图2

0.42(0.40～0.44均可)2．(2021年8省联考·河北卷)在测量电源电动势和内阻的实验中，实验室提供了如下器材和参考电路：电压表V1(量程3V，内阻约6kΩ)电压表V2(量程1V，内阻约6kΩ)电流表A1(量程0.6A，内阻约0.1Ω)电流表A2(量程2mA，内阻约1Ω)滑动变阻器R1(最大阻值3kΩ)滑动变阻器R2(最大阻值10Ω)定值电阻R3(阻值1Ω)开关，导线若干(1)甲同学想要测量马铃薯电池的电动势(约1.0V)和内阻(约500Ω)。选用合适器材后，应选择最优电路________(填写参考电路对应的字母)进行测量。(2)乙同学想要测量一节新干电池的电动势和内阻。选用合适器材后，应选择最优电路________(填写参考电路对应的字母)进行测量。(3)乙同学将测得的数据在坐标纸上描点如图。请画出U-I图像，并求出电动势E为________V，内阻r为________Ω(小数点后保留两位)。解析：(1)马铃薯电池的电动势较小，B图中电压表分流，所以电流表测量的干路电流偏小，则电动势测量值偏小，所以不宜选用；选择A图测量的干路电流I准确，根据闭合电路的欧姆定律E＝U＋Ir可知，当I＝0时，断路电压即为电动势，所以A图能准确测量马铃薯电池的电动势，内阻测量偏大，为电流表和马铃薯电池的内阻之和，但因为马铃薯电池的内阻远大于电流表内阻，所以误差较小，故选A图。(2)新的干电池内阻较小，所以需要给电池串联一个定值电阻R3，方便测量，而D图中测量的内阻为电流表内阻、电源内阻和定值电阻R3之和，因为干电池内阻较小，所以内阻的测量会引起较大误差，所以选择C图。(3)做出U-I图像如图所示。答案：(1)A

(2)C

(3)见解析图1.48

0.10[关键点拨]1．电表的选择(1)根据被测电池的电动势大小确定电压表的量程，为减小读数误差，在条件允许的情况下，一般选量程稍微小一些的电压表。(2)为保护电池，电流一般不太大，故电流表量程一般选0～0.6A的，但在量程相同的情况下，因所选电路的不同，对电流表的要求也不同，且一般选内阻已知的电表。2．电路的选择：在电池内阻较小，在电表内阻未知的情况下，为减少实验误差，通常选取例2中电路图B进行测量；如电池内阻较大，则选例2中电路图A进行测量。3．图像的意义：无论纵轴U是否从0开始，图线与U轴交点的纵坐标均表示电池的电动势，图线的斜率大小均为电池的内电阻。考法二数据处理与误差分析3．(2021·湖北高考)小明同学打算估测5个相同规格电阻的阻值。现有一个量程为0.6A的电流表、一个电池组(电动势E不大于4.5V、内阻r未知)、一个阻值为R0的定值电阻、一个阻值为R1的定值电阻(用作保护电阻)，开关S和导线若干。他设计了如图(a)所示的电路，实验步骤如下：第一步：把5个待测电阻分别单独接入A、B之间，发现电流表的示数基本一致，据此他认为5个电阻的阻值相等，均设为R。第二步：取下待测电阻，在A、B之间接入定值电阻R0，记下电流表的示数I0。第三步：取下定值电阻R0，将n个(n＝1,2,3,4,5)待测电阻串联后接入A、B之间，记下串联待测电阻的个数n与电流表对应示数In。根据上述数据作出Y-n图像，如图(b)所示，可得R＝________Ω(保留2位有效数字)，同时可得E＝________V(保留2位有效数字)。(4)本实验中电流表的内阻对表中Y的测量值________影响(选填“有”或“无”)。n12345In/A0.3340.2860.2500.2240.200Y/A－12.5001.9981.4951.0300.4954．(2021·天津等级考)

随着智能手机的广泛应用，充电宝成为手机及时充电的一种重要选择。充电宝可以视为与电池一样的直流电源。一充电宝的电动势约为5V，内阻很小，最大放电电流为2A，某实验小组测定它的电动势和内阻。他们剥开充电宝连接线的外绝缘层，里面有四根导线，红导线为充电宝的正极，黑导线为充电宝的负极，其余两根导线空置不用，另有滑动变阻器R用于改变电路中的电流，定值电阻R0＝3Ω，两只数字多用电表M、N，两表均为理想电表，并与开关S连成如图所示电路。(1)图中测量电流的电表是________，测量电压的电表是________。(均填写字母M或N)(2)调节滑动变阻器，测得多组I、U数据，记录如下表，其中只有一个数据记录有误，审视记录的数据，可以发现表中第________次的记录数据有误。(填测量次数的序号)(3)电路中接入R0可以达到下列哪个效果。______(填选项前的字母)A．使测电流的电表读数变化明显

B．为了更准确地测量充电宝内阻C．避免使充电宝的放电电流过大

D．减小测量电压的电表分流作用次数1234567电流I/A0.2990.4770.6840.8771.0651.2811.516电压U/V4.9704.9524.9324.9424.8944.8724.848解析：(1)器件N串联在电路中，测量干路电流，所以N为电流表；器件M一端接在开关上，另一端接在充电宝的负极，闭合开关后相当于并联在电源两端，所以M为电压表，测量路端电压；(2)题中表格的电流I不断增大，根据闭合电路的欧姆定律E＝U＋Ir可知路端电压U不断减小，电压表的示数不断减小，所以第4次的记录数据有误；(3)因为充电宝的内阻很小，所以电阻R0串联在电路中，起保护电路的作用，避免使充电宝的放电电流过大损坏电路中的器件。故选C。答案：(1)N

M

(2)4

(3)C[关键点拨]1．公式法求解电池的电动势和内阻(1)若只有两组U、I读数，则根据E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r，列方程组直接求得E、r。(2)若有6组U、I读数，则可用1、4组，2、5组，3、6组分别列方程组求E、r，再取E、r的平均值作为电池的电动势E和内阻r。2．图像法求解电池的电动势和内阻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)，直线的斜率绝对值即为电池的内阻r，即r＝

。[例1]

(2021·全国乙卷)一实验小组利用图(a)所示的电路测量一电池的电动势E(约为1.5V)和内阻r(小于2Ω)。图中电压表量程为1V，内阻RV＝380.0Ω；定值电阻R0＝20.0Ω；电阻箱R，最大阻值为999.9Ω；S为开关。按电路图连接电路。完成下列填空：[解题指导]三步化“新”为“熟”[例2]

(2021·湖南高考)某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0，并配有可在电阻上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：(1)将器材如图(a)连接：(2)开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的________端(填“a”或“b”)；(3)改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据；(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图(b)所示，图线斜率为k，纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为r0。该电池电动势和内阻可表示为E＝________，r＝________；(用R0、RA、k、d、r0表示)(5)为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻