新课标高考物理一轮复习第七章恒定电流实验九测定电源的电动势和内阻教案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 实验九 测定电源的电动势和内阻 基本要求 数据处理 1.计算法 ? U1 E I1rU2 E I2r ，解得： ? E I1U2 I2U1I1 I2r U2 U1I1 I22.图象法 (1)图线与纵轴交点为 E. (2)图线与横轴交点为 I 短 Er. (3)图线斜率的绝对值表示 r ? ? U I . 误差分析 1.偶然误差 【 精品教育资源文库 】 (1)由于电表读数不准引起误差 . (2)用图象法求 E 和 r 时，由于作图不准确造成的误差 . (3)测量过程中通电时间过长或电流过大，都会超越 E、 r 变化 . 2.系统误差 (1)若采用甲图，其 UI 图

2、象如图乙所示 .由于电压表的分流作用造成误差 . 甲 乙 当电压表示数为零时， IV 0， IA I 短 ，短路电流测量值等于真实值 . E 测 r 真 ， r 测 和 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 的误差非常大 . 丙 丁 注意事项 1.可选用旧电池：为了使电路的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的 1 号干电池 . 2.电流不要过大，读数要快：干电池在大电流放电时，电动势 E 会明显下降，内阻 r 会明显增大，故长时间放电不宜超过 0.3 A， 短时间放电不宜超过 0.5 A.因此，实验中不要将I 调得过大，读电表要快，每次读完立即断

3、电 . 3.干电池内阻较小时路端电压 U 的变化也较小，即不会比电动势小很多 .这种情况，在画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个恰当值开始 (横坐标 I必须从零开始 ).此时，图线与横轴的交点横坐标不再表示短路电流，但是直线斜率的绝对值【 精品教育资源文库 】 仍然表示电池的内阻 . 4.测出不少于 6 组 (I， U)数据，且变化范围要大些 .画 UI 图线时，要使较多的点落在这条直线上，不在直线上的点要尽量均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太 远的点可舍去不考虑，以减小偶然误差 . 考向 1 对实验原理和误差的考查 典例 1 在测量一节干电池电动势 E 和内

4、阻 r 的实验中，小明设计了如图甲所示的实验电路 . 甲 乙 (1)根据图甲所示实验电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物图的连接 . (2)实验开始前，应先将滑动变阻器的滑片 P 移至 (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，两直线在纵轴上的截距分别为 UA、 UB，与横轴的截距分别为 IA、

5、IB. 丙 S2接 1 位置时，作出的 U I 图线是图丙中的 (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 (填 “ 电压 ” 或 “ 电流 ”) 表的示数偏 (填 “ 大 ” 或 “ 小 ”). 解析 (1)实物图连线如图所示 . 【 精品教育资源文库 】 (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，电压表与电源并联，看做一个等效电源，可知电动势测量值和内阻的测量值都小于真实值， 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

6、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 偏小 1.偶然误差：主要来源于电表读数及作 UI 图象时描点不准确 . 2.系统误差：当 S2接 1 时，由于电压表分流使电流表读数不等于闭合电路总电流；当 S2接 2 时，由于电流表分压使电压表读数不等于路端电压 . 考向 2 对数据处理和 器材选择的考查 典例 2 (2015 四川卷 )用实验测一电池的内阻 r 和一待测电阻的阻值 Rx.已知电池的电动势约 6 V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧 .可选用的实验器材有： 电流表 A1(量程 0 30 mA)； 电流表 A2(量程 0 100 mA)

7、； 电压表 V(量程 0 6 V)； 滑动变阻器 R1(阻值 0 5 ) ； 滑动变阻器 R2(阻值 0 300 ) ； 开关 S 一个，导线若干条 . 某同学的实验过程如下： .设计如图甲所示的电路图，正确连接电路 . 甲 .将 R 的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小 R 的阻值，测 出多组 U 和 I 的值，并记录 .以 U 为纵轴， I 为横轴，得到如图乙所示的图线 . 【 精品教育资源文库 】 乙 .断开开关，将 Rx改接在 B、 C 之间， A 与 B 直接相连，其他部分保持不变 .重复 的步骤，得到另一条 UI 图线，图线与横轴 I 的交点坐标为 (I0,0)，与纵轴 U 的交点

8、坐标为 (0， U0). 回答下列问题： (1)电流表应选用 ，滑动变阻器应选用 . (2)由图乙的图线，得电源内阻 r . (3)用 I0、 U0和 r 表示待测电阻的关系式 Rx ，代入数值可得 Rx. (4)若电表为理想电表， Rx接在 B、 C 之间与接在 A、 B 之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围 ，电压表示数变化范围 .(均填 “ 相同 ” 或 “ 不同 ”) 解析 (1)由题 UI 图线可知电流表量程应为 0 100 mA，故选 A2.路端电压大于5.5 V，而电源电动势 E 6 V，故 R 外 ?r，则滑动变阻器选 R2.(2

9、)由题图得： r U I 25 .(3) Rx r U0I0， Rx U0I0 r.(4)电流 I ER r Rx， r Rx一定， R 从 300 变到某同一阻值，电流变化范围相同 .Rx接在 A、 B 间时， U ER Rx r(R Rx)， Rx接在 B、 C 间时， U ER Rx rR，故两种情况下电压变化不同 . 答案 (1)A2 R2 (2)25 (3)U0I0 r (4)相同 不同 1.在作 UI 图象时，要根据测量数据选取合适的坐标值，有时 U 轴的坐标值要从某一恰当的值开始， I 轴的坐标值必须从零开始 .在作图时，要使较多的点落在直线上，不落在直线上的点要均匀分布在直线的

10、两侧 . 2.在 UI 图线中，当纵坐标不从 0 开始时，图线与纵轴的截距仍为电动势，直线斜率的绝对值仍为内电阻，但这时图线与横轴的交点不是短路电流了，此时 r U I. 考向 3 实验创新与改进 1.安阻法 【 精品教育资源文库 】 用一个电流表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为： E I1(R1 r)， E I2(R2 r)，由此可求出 E 和 r，此种方法使测得的电动势无偏差，内阻偏大 .若已知电流表 A 的阻值可消除测内阻的系统误差 . 2.伏阻法 用一个电压表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为： E U1 U1R1r， E U2 U2R2r，由此可求出 r 和 E，此种方法

11、测得的电动势和内阻均偏小 . 典例 3 某同学要测定一电源的电动势 E 和内电阻 r，实验器材有：一只 DIS 电流传感器 (可视为理想电流表，测得的电流用 I 表示 )，一只电阻箱 (阻值用 R 表示 )，一只开关和导线若干 .该同学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集数据 . 甲 (1)该同学设计实验的原理表达式是 E (用 r、 I、 R 表示 ). (2)该同学在闭合开关之前，应先将电阻箱调到 (填 “ 最大值 ”“ 最小值 ” 或“ 任意值 ”) ，实验 过程中，将电阻箱调至如图乙所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为 . 乙 (3)该同学根据实验采集到的数据作出如图丙所示的 1I

12、R 图象，则由图象可求得，该电源【 精品教育资源文库 】 的电动势 E V，内阻 r .( 结果均保留两位有效数字 ) 丙 解析 (1)根据闭合电路欧姆定律，该同学设计实验的原理表达式是 E I(R r). (2)根据实验的安全性原则，在闭合开关之前，应先将电阻箱调到最大值 .根据电阻箱读数规则，电阻箱接入电路的阻值为 210 11 21 . (3)由 E I(R r)可得 1I 1ER 1Er.1I R 图象斜率等于 1E， E 6.3 V，图象在纵轴截距等于1Er， r 2.5 . 答案 (1)I(R r) (2)最大值 21 (3)6.3(6.1 6.5) 2.5(2.4 2.6) 典

13、例 4 (2017 湖南益阳调研 )某实验小组利用如下实验器材测量干电池的电动势和内阻 . A.待测干电池两节，每节电池电动势约为 1.5 V，内阻约几 欧姆 B.直流电压表 V1、 V2，内阻约为 3 k C.阻值为 5 的定值电阻 R0 D.滑动变阻器 R，最大阻值为 Rm E.导线和开关 (1)根据下面的电路原理图完成电路实物图的连接 . (2)实验中移动滑动变阻器的触头，读出电压表 V1和 V2的多组数据如下表，请在下面的坐标纸中描绘出 U1U2图象 . 【 精品教育资源文库 】 实验次数 1 2 3 4 5 6 U1(V) 0.50 0.81 1.00 1.50 1.85 2.30

14、 U2(V) 2.15 2.21 2.32 2.50 2.69 2.76 (3)根据描绘出的 U1U2 图象，求得两节干电池的总电动势 E ，总内阻 r .(计算结果保留两位有效数字 ) 解析 根据闭合电路欧姆定律可得 E U2 Ir U2 U2 U1R0r 整理得 U1 ? ?R0r 1 U2 R0rE 由 U1U2图象可得图线斜率 k 3 则 R0r 1 3，又知 R0 5 ，得 r 2.5 由 U1U2图象可知，当 U2 2 V 时， U1 0，代入 U1 ? ?R0r 1 U2 R0rE 解得 E 3.0 V. 答案 (1)实物连接如图所示 (2)U1U2图象如图所示 【 精品教育资源文库 】 (3)3.0 V 2.5