2025高考物理步步高同步练习必修3第1课时　伏安法测电池的电动势和内阻

2025高考物理步步高同步练习必修33实验：电池电动势和内阻的测量第1课时伏安法测电池的电动势和内阻[学习目标]掌握伏安法测量电池电动势和内阻的原理，会选用实验器材、正确连接电路并进行实验数据处理．一、实验思路由E＝________知，改变外电路的阻值可测出多组__________、__________的值，通过图像可求出E、r的值．实验电路如图所示．二、物理量的测量____________和_________两个物理量．而仅测两组U、I数据，联立方程解得E和r，误差可能较大，应该多次测量，并对数据处理，才能减小误差．所以应该使用___________________改变外电路电阻，进行多次测量．三、数据处理1．计算法：由E＝U1＋I1r，E＝________________可解得E＝eq\f(I1U2－I2U1,I1－I2)，r＝eq\f(U2－U1,I1－I2).可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的________________．2．作图法：(1)以U为纵坐标，I为横坐标，建立平面直角坐标系，根据几组U、I测量数据，在坐标系中描点，作U－I图像，如图所示．(2)将图线两侧延长，纵轴截距是断路的路端电压，它的数值就是____________________；横轴截距是路端电压U＝0时的电流，它的数值就是_____________________________．(3)图线斜率的绝对值为__________________，即r＝________________＝____________.3.误差分析(1)偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作U－I图像时描点不准确．(2)系统误差：主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流)要小一些．U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U－I坐标系中表示出来，如图所示，可见E测<E真，r测<r真．四、注意事项1．为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻________的电压表．2．实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池因大电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化．3.当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像，纵轴起点可不从零开始．纵轴单位可取得小一些．如图所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的______________，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点，用r＝____________求出．例1某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r(约为3Ω)，所给的其他器材有：A．电压表V：0～3V～15VB．电流表A：0～0.6A～3AC．滑动变阻器R1：(20Ω，1A)D．滑动变阻器R2：(1000Ω，0.1A)E．电阻箱R(0～999.9Ω)F．开关和导线若干(1)实验中电压表应选用的量程为____________(选填“0～3V”或“0～15V”)，电流表应选用的量程为____________(选填“0～0.6A”或“0～3A”)，滑动变阻器应选用_________(选填“R1”或“R2”)；(2)根据实验要求在图甲虚线框中画出电路图，并将图乙所示的实物连接成实验电路；(3)测出几组电流、电压的数值，并画出图像如图丙所示，由图像知该电池的电动势E＝____________V，内电阻r＝____________Ω.例2某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5Ω的保护电阻R0，实验电路如图甲所示．(1)请按图甲电路原理图把图乙实物电路利用笔画线代替导线连接起来．(2)该同学顺利完成实验，测得如表所示的数据，请根据数据在图丙坐标系中画出U－I图像，由图知：电池的电动势为______，内阻为________．(结果均保留2位有效数字)I/A0.100.170.230.30U/V1.201.000.800.60(3)考虑电表本身电阻对测量结果的影响，造成本实验系统误差的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(4)实验所得的电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较：E测________E真，r测_______r真．(均填“<”“＝”或“>”)等效电源法误差分析1．图甲把与电源等效为新的电源r测＝r＋RA>r真，E测＝E真2．图乙把与电源等效为新的电源r测＝eq\f(RVr,RV＋r)<r真，E测<E真．第2课时伏阻法和安阻法测电池的电动势和内阻[学习目标]掌握用伏阻法和安阻法测电动势和内阻的原理，会选用实验器材、正确连接电路并进行实验数据处理．一、伏阻法测电动势和内阻1．实验思路由E＝________＝U＋eq\f(U,R)r知，改变电阻箱阻值，测出多组U、R值，通过公式或图像可求出E、r.实验电路如图所示．2．实验器材电池、电压表、____________、开关、导线．3．数据处理(1)计算法：由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋,E＝U2＋))解方程组可求得E和r.(2)图像法：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)图像的斜率k＝eq\f(r,E)，纵轴截距为eq\f(1,E)，如图．由图像的斜率和截距求解．二、安阻法测电动势和内阻1．实验思路如图所示，由E＝____________知，改变电阻箱的阻值，测出多组________、________的值，通过图像就可求出E、r的值．2．实验器材电池、____________、____________、开关、导线．3．数据处理(1)计算法：由eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(E＝I1R1＋I1r,E＝I2R2＋I2r))解方程组求得E，r.(2)图像法：由E＝I(R＋r)得：eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)R＋eq\f(r,E)eq\f(1,I)－R图像的斜率k＝eq\f(1,E)，纵轴截距为eq\f(r,E)(如图甲)又R＝E·eq\f(1,I)－rR－eq\f(1,I)图像的斜率k＝E，纵轴截距为－r(如图乙)．由图像的斜率和截距求解．一、伏阻法测电动势和内阻例1东风中学课外兴趣小组测量手机电池的电动势和内阻的实验原理图如图甲所示，已知电池组的电动势约为3V、内阻小于1Ω，现提供的器材如下：A．手机锂电池(电动势的标称值为3.4V)；B．电压表V1(量程为0～15V，内阻约为10kΩ)；C．电压表V2(量程为0～3V，内阻约为10kΩ)；D．电阻箱R(0～99.9Ω)；E．定值电阻R1(R1＝2Ω)；F．定值电阻R2(R2＝100Ω)；G．开关和导线若干．(1)如果要准确测量电源的电动势和内阻，电压表应选择__________(选填实验器材前的标号)；定值电阻R0应选择__________(选填实验器材前的标号)．(2)兴趣小组一致认为用线性图像处理数据便于分析，于是在实验中改变电阻箱的阻值R，记录对应电压表的示数U，获取了多组数据，画出的eq\f(1,U)－eq\f(1,R)图像为一条直线，作出的eq\f(1,U)－eq\f(1,R)图像如图乙所示，若把流过电阻箱的电流视为干路电流，则可得该电池组的电动势E＝________V、内阻r＝____________Ω.(结果均保留两位有效数字)(3)若考虑电压表的分流作用，则该实验中电动势的测量值与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．二、安阻法测电动势和内阻例2一同学测量某干电池的电动势和内阻．(1)如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和理想电流表示数I，以及计算出的eq\f(1,I)数据见下表：R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.26eq\f(1,I)/A－16.75.95.34.53.8根据表中数据，在如图方格纸上作出R－eq\f(1,I)关系图像．由图像可计算出该干电池的电动势为______V(结果保留三位有效数字)；内阻为_______Ω(结果保留两位有效数字)．针对训练为了测量四节干电池组成的电池组的电动势E和内阻r，某同学设计了如图甲所示的实验电路．器材如下：A．电池组(四节干电池：电动势约为6V，内阻约为4Ω)B．电阻箱(最大阻值99.9Ω)C．电流表A1(量程3A、内阻为0.5Ω)D．电流表A2(量程0.6A、内阻为1Ω)E．定值电阻R01＝50ΩF．定值电阻R02＝5ΩG．开关一只，导线若干(1)为提高实验的精确度，电流表应选用__________；定值电阻应选用________．(均填器材前的序号)(2)断开开关S，调整电阻箱的阻值，再闭合开关S，读取并记录电流表的示数及电阻箱接入电路中的阻值．多次重复上述操作，可得到多组电流值I及电阻箱的阻值R，并以eq\f(1,I)为纵坐标，以R为横坐标，作出两者的关系图线如图乙所示(该图线为一直线)．(3)根据图乙中所得图线，可求得电池组的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(结果保留两位有效数字)4能源与可持续发展[学习目标]1.掌握能量守恒定律的内容和重要意义.2.了解什么是能源的耗散和品质降低，认识自然界中能量转移或转化的方向性.3.了解能源的分类与应用.4.认识当前环境问题，增强环境保护和可持续发展的意识．一、能量守恒定律能量既不会凭空______，也不会凭空________，它只能从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量________________．二、能量转移或转化的方向性1．一切与热现象有关的宏观自然过程都是____________的．2．能量的耗散：其他形式的能转化为内能后不能再重复利用，这种现象叫作能量的耗散．3．能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有____________．三、能量的分类与应用1．能源的分类(1)不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作________能源．化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源．(2)可再生能源：水能和风能等能源，归根结底来源于太阳能．这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源．2．能源的开发与应用近年来，我国在能源开发方面取得了很大的成就：如：____________发电、水力发电、________发电、____________发电．四、能源与社会发展1．随着人口迅速增长、经济快速发展以及工业化程度的提高，________短缺和过度使用________________带来的环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题．2．可持续发展(1)可持续发展的核心：追求发展与__________、__________的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求．(2)需要做好两方面：①要大力提倡________；②发展____________能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的________能源．1．判断下列说法的正误．(1)由能量守恒定律知，能量是取之不尽、用之不竭的，也不必要节约能源．()(2)热量可以自发地由高温物体传向低温物体，也可以自发地从低温物体传向高温物体．()(3)大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源．()(4)能量的耗散就是能量的总量在减少．()2．除了常见的煤炭、石油外，可利用的能源还有哪些？一、能量守恒定律导学探究近几年流行一种“自发电电动车”，基本原理是将一小型发电机紧靠车轮处，车轮转动时，带动发电机运转，发出的电又继续供给电动车，你认为仅靠这种方式，电动车能持续运动下去吗？知识深化能量守恒定律的理解与应用1．自然界中不同形式的能量可以相互转化，一种形式的能量减少一定伴随着其他形式的能量增加，能量的总量保持不变．2．能量守恒定律的适用范围能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是在各种自然现象中普遍适用的一条规律．3．能量守恒定律的表达式(1)E初＝E末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．(2)ΔE增＝ΔE减，某些能量的增加量等于其他能量的减少量．4．应用步骤(1)明确研究对象及研究过程；(2)明确该过程中，哪些形式的能量在变化；(3)确定参与转化的能量中，哪些能量增加，哪些能量减少；(4)列出增加的能量和减少的能量之间的守恒式(或初、末状态能量相等的守恒式)．例1能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一．下列说法正确的是()A．因为能量守恒，所以能量可以随意使用B．不同形式的能量之间可以相互转化C．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机D．能量可以被消灭，也可以被创生例2(2021·济南一中学业考试)某地强风的风速约为v，空气的密度为ρ，如果把通过横截面积S的风的动能完全转化为电能，则用上述已知量计算电功率的公式为()A．P＝eq\f(1,2)ρSv B．P＝eq\f(1,2)ρSv2C．P＝eq\f(1,2)ρSv3 D．P＝eq\f(1,2)ρSv4二、能量转移或转化的方向性导学探究内能可以转化为电能，电能可以转化为光能、内能、机械能……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么还要节约能源呢？知识深化对“能量的耗散和品质降低”的理解(1)各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也不过只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了．(2)从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量．由此可知，能量的耗散虽然不会导致能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不太可用的形式．(3)能量的耗散导致可利用能源减少，所以要节约能源．例3(多选)(2021·昆明一中期中)电冰箱能够不断地把热量从温度较低的冰箱内部传给温度较高的外界空气，下列说法正确的是()A．热量能自发地从低温物体传到高温物体B．在一定条件下，热量可以从低温物体传到高温物体C．热量的传递过程不具有方向性D．在自发的条件下热量的传递过程具有方向性例4热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象．所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把耗散的能量重新收集、重新加以利用．下列关于能量耗散的说法中正确的是()A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了B．能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了C．能量耗散表明，能量守恒定律不一定正确三、能源的分类与应用能源与社会发展1．能源的分类按可否再生分为可再生能源与不可再生能源(1)不可再生能源：人们把煤炭、石油、天然气叫作化石能源．化石能源无法在短时间内再生，被叫作不可再生能源．(2)可再生能源：在自然界可以再生，例如水能、风能、潮汐能、生物能、地热能等．2．能源和环境污染(1)温室效应：石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，因此加剧了温室效应．温室效应使得两极的冰雪