高考物理 电学实验精讲精练 测定电源的电动势和内阻-人教版高三全册物理试题.doc
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1、测定电源的电动势和内阻一、实验目的1掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法2学会用图象法求电源的电动势和内阻二、实验原理1实验依据闭合电路欧姆定律2实验电路(如图所示)3E和r的求解由UEIr,得:,解得:4作图法数据处理(如图所示)(1)图线与纵轴交点为E.(2)图线与横轴交点为I短.(3)图线的斜率绝对值表示r.三、实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等四、实验步骤1电流表用0.6 A量程,电压表用3 V量程,按图连接好电路2把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端3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)用
2、同样方法测量出多组I、U值填入表格中4断开开关,拆除电路,整理好器材五、数据处理本实验中数据的处理方法:一是联立方程求解的公式法,二是描点画图法.第1组第2组第3组第4组第5组第6组U/VI/A方法一:联立六组对应的U、I数据,数据满足关系式U1EI1r、U2EI2r、U3EI3r让第1式和第4式联立方程,第2式和第5式联立方程,第3式和第6式联立方程,这样解得三组E、r,取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小方法二:在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立UI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
3、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.六、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干电池)2在实验时,电流不能过大,通电时间不能太长,以免对E与r产生较大影响3要测出不少于6组的(I,U)数据,且变化范围要大些,然后用方程组求解,并求平均值4画UI图线时,由于读数的偶然误差,描出的点不在一条直线上,在作图时应使图线通过尽可能多的点,并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去这样就可使偶然误差得到部分抵消,从而提高精确度5由于干电池的内阻较小,路端电压U的变
4、化也较小,这时画UI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,而图线与纵轴的截距仍为电源电动势,图线斜率的绝对值仍为内阻七、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)如图甲所示,在理论上EU(IVIA)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越大结论:当电压表示数为
5、零时,IV0,IAI短,短路电流测量值真实值E测E真因为r测,所以r测r真从电路的角度看,电压表应看成内电路的一部分,故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测),如图乙所示,因为电压表和电池并联,所以r测小于电池内阻r真,因为外电阻R断开时,a、b两点间电压Uab等于电动势E测,此时电源与电压表构成回路,所以UabE真,即E测E真(2)若采用如图丙所示的电路,IA为电源电流真实值,理论上有EUUAIAr,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,UA0,电压为准确值,等于E.结论:E为真实值I短测I短真 因为r测,所以r测r真,r测为r真和
6、RA的串联值,由于通常情况下电池的内阻较小,所以这时r测的测量误差非常大.一实验原理与操作典例1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 )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 B电流表:量程3 A,内电阻约0.2 C电压表:量程3 V,内电阻约30 kD电压表:量程6 V,内电阻约60 kE滑动变阻器:01 000 ,额定电流0.5 AF滑动变阻器:020 ,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)图为正确
7、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)因三节干电池的电动势约为4.5 V,故电压表应选D;因干电池放电电流不宜超过0.5 A,故电流表应选A;由电压表和电流表的测量范围可知滑动变阻器选用F即可(2)本实验的实验电路如图甲所示所以还需要
8、用导线将a与d相连,c与g相连,f与h相连(3)电阻箱代替滑动变阻器,实验电路图如图乙所示根据闭合电路欧姆定律得U rE,整理可得三种情况:,以为纵坐标,为横坐标,在直角坐标系中图象为一条直线;UEr,以U为纵坐标,为横坐标,在直角坐标系中图象为一条直线;R,以为纵坐标,R为横坐标,在直角坐标系中图象为一条直线答案(1)ADF(2)adcgfh(3)在选择实验电路时,也可根据内接法和外接法的选择方法去选择,只是现在的待测电阻是电源,如果电源内阻很小就用外接法,如果电源内阻很大就用内接法,滑动变阻器用的是限流法,要想调节方便,还能大范围调节,需要滑动变阻器的电阻比电源内阻大几倍就可二数据处理与误
9、差分析典例2小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻(1)图中电流表的示数为_A.(2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下:U(V)1.451.361.271.161.06I(A)0.120.200.280.360.44请根据表中的数据,在下面的方格纸上作出UI图线由图线求得:电动势E_V;内阻r_.(3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合其实,从实验误差考虑,这样的操作不妥,因为_.解析(1)电流表选用量程为00.6 A,分度值为0.02 A,则其读数为0.44 A.(2)坐标系选择合适的标度,根据表中数据描点作出的UI图线如图所示图线
10、与纵轴交点为1.61 V,故E1.61 V,由图线的斜率1.24知,电池内阻为1.24 .注意此处不要用图象与纵轴交点值除以与横轴交点值(3)长时间保持电路闭合,电池会发热,电池内阻会发生变化,干电池长时间放电,也会引起电动势变化,导致实验误差增大答案(1)0.44(2)UI图线见解析1.61(1.591.63都算对)1.24(1.221.26都算对)(3)通电时间较长会使干电池的电动势和内阻发生变化,导致实验误差增大(1)在电源的UI图线中,若两坐标轴均从零开始,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
11、电流,则r.三实验改进拓展创新1创新点分析以本实验为背景,通过改变实验条件、实验仪器设置题目,不脱离教材而又不拘泥教材,体现开放性、探究性、设计性等特点2命题视角视角1实验方法、方案的选择根据题目所给仪器确定实验方案(伏安法、安阻法、伏阻法等)视角2实验器材的灵活选用如:定值电阻可以作为保护电阻定值电阻可以当电压表使用定值电阻可以当电流表使用电压表可以当小量程的电流表使用视角3图象法处理数据,并巧用数形结合得到实验所要测量的物理量典例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,实验原理如图甲所示,其中,虚线框内为用灵敏电流计G改装的电流表A,V为标准电压表,E为待测电池组,S为开
12、关,R为滑动变阻器,R0是标称值为4.0 的定值电阻(1)已知灵敏电流计G的满偏电流Ig100 A,内阻rg2.0 k,若要改装后的电流表满偏电流为200 mA,应并联一只阻值为_(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电路;(3)某次实验的数据如下表所示:测量次数12345678电压表V读数U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改装表A读数I/mA20406080100120140160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
13、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_(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CR1的实际阻值比计算值偏小DR0的实际阻值比标称值偏大解析(1)由串、并联电路的特点可得:R1 1.0 ;(2)从电源正极出发,沿电流的流向依次连线,注意电流要由两电表的正接线柱流入,由负接线柱流出;(3)EUI(r内R0),则UI(r内R0),所以(r内R0)5
14、.66 ,所以r内5.66 R01.66 ,逐差法处理实验数据的优点是可以充分利用已测得的数据,减小实验误差;(4)电压表的读数等于路端电压,所以电压表内阻对测量结果没有影响,选项A错误;滑动变阻器用来改变路端电压,对测量结果没有影响,选项B错误;若R1的实际阻值偏小,则电流表的实际量程偏大,电流表的读数比实际值偏小,电池组的内阻测量值偏大,选项C正确;R0的实际阻值偏大时,电池组的实际内阻比测量值偏小,选项D正确答案(1)1.0(2)如解析图所示(3)1.66充分利用已测得的数据(4)CD对点自测1为了测定电源电动势E、内电阻r的大小并同时描绘出小灯泡的伏安特性曲线,某同学设计了如图甲所示的
15、电路闭合开关,调节电阻箱的阻值,同时记录电阻箱的阻值R,电压表V1的示数U1,电压表V2的示数U2.根据记录数据计算出流过电阻箱的电流I,分别描绘了a、b两条UI图线,如图乙所示请回答下列问题:(1)写出流过电阻箱的电流I的表达式:_;(2)小灯泡两端电压随电流变化的图象是_(选填“a”或“b”);(3)根据图乙可以求得电源的电动势E_V,内电阻r_,该电路中小灯泡消耗的最大功率为_W.解析:(1)首先要明白电路的组成:电源、开关、电阻箱、灯泡串联成闭合回路,电压表V1测灯泡两端电压,电压表V2测路端电压电阻箱两端电压为UU2U1,电阻箱阻值为R,所以流过电阻箱的电流I;(2)小灯泡两端电压随
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