2025高考物理总复习测量电源的电动势和内阻

第5讲实验测量电源的电动势和内阻高考总复习2025强基础固本增分研考点精准突破目录索引强基础固本增分一、实验目的1.测量电源的电动势和内阻。2.加深对闭合电路欧姆定律的理解。二、实验思路如图甲或图乙所示,改变R的阻值,从电压表和电流表中读出几组U、I值,利用闭合电路欧姆定律求E、r值。三、实验器材电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔和刻度尺。四、进行实验1.按实验电路图连接电路。2.把滑动变阻器的滑片移动到接入电路阻值最大的一端。3.闭合开关,调节滑动变阻器,记录几组I、U值,填入表格中。4.断开开关,拆除电路,整理好器材。五、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:用作图法处理数据,如图所示。(1)图线与纵轴交点为E;(2)图线斜率的绝对值表示六、误差分析1.由于读数不准和电表线性不良引起误差。2.用图像法求E和r时,由于作图不准确造成误差。3.实验时通电时间过长或电流过大,都会引起E、r变化。4.若采用图甲电路,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测的差值越大。其U-I图像如图丙所示。结论:E测<E真,r测<r真。5.若采用图乙电路,由于电流表的分压作用造成误差,电流值越大,电流表的分压越多,对应的U真与U测的差值越大。其U-I图像如图丁所示。结论:E测=E真,r测>r真。七、注意事项1.为了使电源的路端电压变化明显,应选内阻大些的电源(选用已使用过一段时间的干电池)。2.在实验中不要将I调得过大,每次读完U和I的数据后应立即断开电源,以免干电池的E和r明显变化。3.要测出多组(I,U)数据,且变化范围要大些。4.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)。但这时图线与横轴交点的横坐标值不再是短路电流,而图线与纵轴交点的纵坐标值仍为电源电动势,图线斜率的绝对值仍为内阻。×√研考点精准突破考点一教材原型实验考向一

实验原理和实验操作典题1(2022福建卷)在测量某电源电动势和内阻时,因为电压表和电流表的影响,不论使用何种接法,都会产生系统误差,为了消除电表内阻造成的系统误差,某实验兴趣小组设计了如图甲所示的实验电路进行测量。已知R0=2Ω。(1)按照图甲所示的电路图,将图乙中的器材实物连线补充完整。甲乙见解析图(2)实验操作步骤如下:①将滑动变阻器滑到最左端位置;②接法Ⅰ:单刀双掷开关S与1接通,闭合开关S0,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据U1和I1的值,断开开关S0;③将滑动变阻器滑到最左端位置;④接法Ⅱ:单刀双掷开关S与2闭合,闭合开关S0,调节滑动变阻器R,记录下若干组数据U2和I2的值,断开开关S0;⑤分别作出两种情况所对应的U1-I1图像和U2-I2图像。(3)单刀双掷开关接1时,某次读取电表数据,电压表指针如图丙所示,此时U1=

V。

丙1.30(4)根据测得数据,作出U1-I1图像和U2-I2图像如图丁所示,根据两图像求得电源电动势E=

,内阻r=

。(结果均保留两位小数)

丁

1.80V2.50Ω(5)由图丁可知

(选填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测得的电源内阻更接近真实值。

(6)综合考虑,若只能选择一种接法,应选择

(选填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测量更合适。

接法Ⅱ接法Ⅱ解析

(1)根据图甲所示的电路图,实物连接如图所示。

(3)量程为0~3

V的电压表分度值为0.1

V,需要估读到分度值的下一位,由图丙可知电压表读数为U1=1.30

V。(4)当单刀双掷开关接1时,电流表示数为零时,电压表测量准确,故电动势为U1-I1的纵轴截距,则有E=1.80

V,当单刀双掷开关接2时,电压表示数为零时,电流表测量准确,由U2-I2图像可知此时电路电流为0.40

A,根据闭合电路(6)由电路图可知接法Ⅰ的误差来源是电流表的分压,接法Ⅱ的误差来源是电压表的分流,由于电源内阻较小,远小于电压表内阻,结合(5)问分析可知,若只能选择一种接法,应选择接法Ⅱ测量更合适。考向二

数据处理和误差分析典题2(2024七省适应性测试江西物理)电动势和内阻是电源的重要参数,为了研究新旧干电池电动势和内阻的差异,实验室提供以下器材:电流表(量程:0.6A或3A)、电压表(量程:3V或15V)、滑动变阻器A(最大阻值20Ω)、滑动变阻器B(最大阻值1000Ω)、开关、导线和某品牌一节全新干电池。(1)应选择滑动变阻器

(选填“A”或“B”)。

(2)请在图(a)中画线完成电路实物连接。图(a)A见解析图(3)通过实验测得干电池的两条U-I图线,如图(b)所示,甲为全新干电池实验图线,乙为该电池使用一段时间后的实验图线,回答以下问题:①乙图线中,该电池的电动势为

V(保留3位有效数字),内阻为

Ω(保留2位有效数字);

②该电池在使用后电动势

(选填“变大”或“变小”),内阻

(选填“变大”或“变小”)。

图(b)1.281.5变小变大解析

(1)本实验测量干电池的内阻,由于干电池的内阻较小,为了调节滑动变阻器使电流表、电压表示数变化明显,所以滑动变阻器的阻值应与电池内阻相差不大,选20

Ω阻值的滑动变阻器,故选A。(2)由于电池内阻较小,故电流表相对于电源采用外接法,一节干电池电动势约为1.5

V,故电压表采用3

V量程,实物图接法如图所示。(3)①由闭合电路欧姆定律E=U+Ir,可得U=-r·I+E,由图可知,乙图线纵截距为b=E=1.28

V,斜率的绝对值为

,故乙图线中,该电池的电动势为1.28

V,内阻为1.5

Ω。②对比题图(b)中的甲、乙图线可知,电池在使用后,纵截距变小,斜率变大,在U-I图像中,纵截距表示电池的电动势,斜率的绝对值表示内阻,故该电池在使用后电动势变小,内阻变大。典题3(2024河南新乡一模)某同学利用实验室现有器材,设计了一个测量电源电动势及未知电阻R0的实验。实验器材:电池E(电动势约3V,内阻很小);电压表V(量程0~3V,内阻为1000Ω);定值电阻R0(阻值未知);电阻箱R(最大阻值为9999Ω);开关S,导线若干。该同学设计的测量电路如图所示。(1)先断开开关S1,连接好电路。闭合开关S1,断开开关S2,此时电压表的示数为1.96V;把电阻箱阻值调为1000Ω,闭合开关S2,电压表示数为1.47V。若不考虑电池内阻,电池的电动势为

V,定值电阻R0的阻值为

Ω。

(2)若考虑电池的内阻,则电池电动势的测量值

真实值,定值电阻R0的测量值

真实值。(均选填“大于”“小于”或“等于”)

2.94

500等于

大于解得E=2.94

V,R0+r=500

Ω可知电池电动势的测量值等于真实值,定值电阻R0的测量值大于真实值。考点二实验的改进与创新考向一

实验器材的创新

创新点点睛1.仪器的使用创新、装置的改造、实验器材的创新考查(1)与原型实验对比:根据题意找出题中实验在教材中的实验原型或原理,如电压表换成电压传感器等(2)根据题中所提供的实验器材与原型中的器材比较,用改装的方法完成实验(3)在测量电表的内阻时,要把电表当作能读数的电阻,充分利用待测电表自身的测量功能,即电流表可测定通过自身的电流,电压表可测定自身两端的电压,不需要其他的电表来测量创新点点睛2.数据的灵活处理应用图像处理数据——细心推导找关系,数形转换是关键。在实验中,数据处理的常用方法有公式法、列表法、图像法、逐差法等,电学实验最常考的是图像法3.实验原理的创新——电路的设计此类题应以掌握常规实验原理、实验方法、规范操作程序、数据处理方法等为根本依据,从题目给出的电路原理图入手分析,再结合已有的电学知识(如串并联关系、闭合电路欧姆定律等)和实验方法进行推理,找到突破方向典题4(2023湖北卷)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻,设计了如图甲所示的电路,所用器材如下:电压表(量程0~3V,内阻很大);电流表(量程0~0.6A);电阻箱(阻值0~999.9Ω);干电池一节、开关一个和导线若干。(1)根据图甲,完成图乙中的实物图连线。

甲乙见解析图(2)调节电阻箱到最大阻值,闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻,记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U-I图像如图丙所示,则干电池的电动势为

V(保留3位有效数字)、内阻为

Ω(保留2位有效数字)。

丙1.580.64(3)该小组根据记录数据进一步探究,作出-R图像,如图丁所示。利用图丁中图像的纵轴截距,结合第(2)问得到的电动势与内阻,还可以求出电流表内阻为

Ω(保留2位有效数字)。

(4)由于电压表内阻不是无穷大,本实验干电池内阻的测量值

(选填“偏大”或“偏小”)。

丁2.5偏小解析

(1)实物连线如图所示。

(2)由电路结合闭合电路的欧姆定律可得U=E-Ir由题图丙可知E=1.58

V(3)根据E=I(R+RA+r)解得RA=2.5

Ω。(4)由于电压表内阻不是无穷大,则实验测得的是电压表内阻与电源内阻的并联值,即实验中测得的电池内阻偏小。考向二

实验方法的改进典题5(2024广东惠州一模)某科技活动小组利用铜片、锌片和柑橘汁制作了果汁电池,他们采取如图甲所示的实验方案测量这种电池的电动势E和内阻r,并探究电极间距对E和r的影响。(1)为避免电压表分流作用对测量结果的影响,在图甲中将实物电路连接完整。甲见解析图(2)调节滑动变阻器,改变电源两端的电压U和流过电源的电流I,依据公式U=E-Ir,利用测量数据作出U-I图像,可得出E和r。(3)实验中依次减小铜片与锌片的间距,得到果汁电池的U-I图像分别如图乙中a、b、c、d所示,则在该实验中,曲线a对应的电源电动势E=

V,内阻r=

Ω。(结果均保留3位有效数字)

(4)根据图乙总结出实验结论,即当减小铜片与锌片的间距时,这种电池的电动势E将

,内阻r将

。(均选填“增大”“不变”或“减小”