【物理】2020届一轮复习人教版测定电源的电动势和内阻（上）学案

【物理】2020届一轮复习人教版测定电源的电动势和内阻（上）学案

测定电源的电动势和内阻（上）‎ ‎【实验目的】‎ 测定电池的电动势和内电阻。‎ ‎【实验原理】‎ 图1‎ 图2‎ 如图1所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路的欧姆定律求出几组、r值，最后分别算出它们的平均值。此外，还可以用作图法来处理数据。即在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出U-I图象（如图2）所得直线跟纵轴的交点即为电 动势值，图线斜率的绝对值即为内电阻r的值。‎ ‎【实验器材】‎ 待测电池，电压表（0-3V），电流表（0-0.6A），滑动变阻器（10Ω），电键，导线。‎ ‎【实验步骤】‎ ‎1．电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按电路图连接好电路。‎ ‎2．把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。‎ ‎3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据（I1、U1），用同样方法测量几组I、U的值。‎ ‎4．打开电键，整理好器材。‎ ‎5．处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。‎ ‎【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，可选用已使用过一段时间的1号干电池。‎ ‎2．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0.3A，短时间放电不宜超过0.5A。因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完立即断电。‎ ‎3．要测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解时，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组，第2和第5为一组，第3和第6为一组，分别解出E、r值再平均。‎ ‎4．在画U-I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧。个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分的抵消，从而提高精确度。‎ ‎5．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，这时，在画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）。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流。不过直线斜率的绝对值照样还是电源的内阻,这时要特别注意计算斜率时纵轴的刻度不从零开始。‎ ‎0.2‎ ‎0.0‎ ‎0.4‎ ‎0.66‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ U/V I/A ‎13、在“测定电源电动势和内阻”的实验中，某同学根据实验数据，作出了正确的U－I图象，如图所示，其中图线斜率绝对值的物理含义是 （ B ）‎ A．短路电流　　　　　‎ B．电源内阻 C．电源电动势　　　　‎ D．全电路电阻 A V R 图a E r S ‎13．（10分）利用如图a所示的电路图测量电源电动势和内电阻，器材如图b所示，请用实线代表导线，将图b中器材连成实验用电路。实验时经测量得出的数据如下表，请在图c的方格纸上画出U—I图线。利用图线可求出电源电动势和内电阻分别为 、 。‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ I/A ‎0.12‎ ‎0.20‎ ‎0.31‎ ‎0.32‎ ‎0.50‎ ‎0.57‎ U/V ‎1.37‎ ‎1.32‎ ‎1.24‎ ‎1.18‎ ‎1.10‎ ‎1.05‎ 答：E=1.46V r=0.72如图。‎ U/V I/A ‎1.00‎ ‎1.10‎ ‎1.20‎ ‎1.30‎ ‎1.40‎ ‎1.50‎ ‎0.10‎ ‎0.30‎ ‎0.70‎ ‎0.20‎ ‎0.40‎ ‎0.60‎ ‎0.50‎ U/V I/A ‎0．8‎ ‎0．9‎ ‎1．0‎ ‎1．1‎ ‎0．3‎ ‎0．2‎ ‎0．1‎ ‎0‎ ‎1．5‎ ‎1．2‎ ‎1．4‎ ‎1．3‎ ‎0．4‎ 丙 ‎11．某同学采用如图甲所示的电路测定电源电动势和内电阻。已知干电池的电动势约为1.5 V，内阻约为1Ω；电压表(0一3V，3kΩ)、电流表(0～0.6A，1.0Ω)、滑动变阻器有R1(10Ω，2A)和R2(100Ω，0.1 A)各一只．‎ 甲 A V E r S 乙 ‎（1)实验中滑动变阻器应选用　　　　　　　(填“R1”或“R2”)。‎ ‎(2)在图乙中用笔画线代替导线连接实验电路。‎ ‎(3)在实验中测得多组电压和电流值，得到如图丙所示的U－I图线，由图可较准确地求出该电源电动势E＝　　　　V；内阻，r　　　　Ω。‎ 答：（1）R1 （2）略 （3）1.5 0.85‎ ‎5‎ ‎0‎ ‎15‎ ‎10‎ ‎5‎ ‎16．（14分）（1）图中螺旋测微器的读数是______ mm．‎ ‎1.5‎ ‎2.1‎ ‎2.0‎ ‎1.9‎ ‎1.8‎ ‎1.7‎ ‎1.6‎ ‎1.3‎ ‎1.4‎ 图乙 U/V 图甲 ‎（2‎ ‎）某研究性学习小组利用图甲所示电路测量某电池的电动势E和内电阻r．由于该电池的内电阻r较小，因此在电路中接入了一阻值为2.00Ω的定值电阻R0．闭合开关K，调整电阻箱的阻值，读出电压表相应的示数，得到了如下数据（R和U分别表示电阻箱读数和电压表读数）： ‎ R/Ω ‎40.00‎ ‎20.00‎ ‎12.00‎ ‎8.00‎ ‎6.00‎ ‎5.00‎ U/V ‎1.89‎ ‎1.78‎ ‎1.66‎ ‎1.57‎ ‎1.43‎ ‎1.35‎ ‎ ‎ ‎ 为了比较准确地得出实验结论，该小组的同学准备用图象来处理实验数据，图象的纵坐标表示电压表读数U，则图象的横坐标表示的物理量应该是____________ ．计算出与各组数据对应的该物理量并填在表格中，在图乙所示的图象中作图，利用图象得到 E =_______V，r = _______Ω．‎ ‎0.30‎ ‎0.20‎ ‎0.10‎ ‎0‎ ‎2.0‎ ‎1.6‎ ‎1.3‎ ‎1.4‎ ‎1.5‎ ‎1.7‎ ‎1.8‎ ‎2.1‎ ‎1.9‎ U/V 答：（14分）（1）9.102（9.101~9.103）．（4分）‎ ‎（2）电压U与电阻R的比值（或电流I）（2分）；‎ 表格中各电流值分别为 ‎0.047、0.089、0.138、0.196、0.238、0.270（2分）；‎ 图象如图所示（2分）；‎ ‎2.00（1.98~2.02）（2分），0.45（0.40~0.50）（2分）． ‎ ‎11．(10分)测量电源的电动势E及内阻r（E约为6V，r约为1.5Ω）。器材：量程3V的理想电压表V，量程0.6A的电流表A（具有一定内阻），固定电阻R=8.5Ω，滑线变阻器R′(0—10Ω)，开关S，导线若干。‎ ‎①画出实验电路原理图。图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出。‎ ‎②用笔画线代替导线完成实物连接图。‎ ‎③实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2。则可以求出E= ，r= 。（用I1，I2，U1，U2及R表示）‎ 答：①如图……3分 ‎②如图 …… 3分 A V R’‎ R E,r S ‎③，……2分 ……2分 ‎11．（10分）要测量一电源的电动势E（小于3V）和内阻r（约1Ω），现有下列器材：电压表V（3V和15V两个量程）、电阻箱（0~999.9Ω）、定值电阻R0=3Ω、开关和导线。某同学根据所给器材设计如下的实验电路。‎ ‎（1）电路中定值电阻R0的作用是 ．‎ ‎（2）请根据图甲电路，在图乙中用笔画线代替导线连接电路。‎ R0‎ ‎3‎ ‎–‎ V ‎15‎ R R0‎ S E 甲 V 乙 ‎（3）该同学调节电阻箱阻值R，读出对应的电压表读数U，得到二组数据：R1=2.0Ω时U1=2.37V；R2=4.0Ω时U2=2.51V。由这二组数可求得电源的电动势为E= V，内阻为 r= Ω． ‎ R0‎ ‎3‎ ‎–‎ V ‎15‎ ‎（4）为使最终测量结果更精确，在不改变实验方法、不更换实验器材的前提下，请你对该同学提一条建议 。‎ 解：（1）保护电源，防止短路　（2分）‎ ‎（2）如右图所示（有一处错就不给分）　（2分）‎ ‎（3）E=2.94V r=1.2Ω．‎ ‎（4）多测几组R、U，分别求出电动势E、内阻r，再求E、r的平均值，利用图象处理数据。（2分）‎ ‎11．（10分）某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一节1.5V的干电池外，还有一个方形的电池（层叠电池），如图甲所示。‎甲 为了测定该电池的电动势和内电阻，实验室中提供有下列器材：‎ A．电流表G（滿偏电流10mA，内阻10Ω）‎ B．电流表A（0～0.6 A～3A，内阻未知）‎ C．滑动变阻器R（0～100Ω，1A）‎ D．定值电阻R0（阻值990Ω）‎ E．开关与导线若干 ‎（1）该同学根据现有的实验器材，设计了如图乙所示的电路，请你按照电路图在丙图上完成实物连线．‎ A G R0‎ E R 乙 S 丙 ‎0‎ ‎0.1‎ ‎0.2‎ ‎0.3‎ ‎0.4‎ ‎0.5‎ ‎2‎ ‎4‎ ‎6‎ ‎8‎ ‎10‎ I2 /A I1 / mA 丁 ‎ ‎ ‎（2）丁图为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1-I2图线（I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数），则由图线可以得到被测电池的电动势E＝　▲　V ，内阻r= ▲ Ω．‎ ‎（3）另一位同学也找到了一块层叠电池，利用上面的实验连接进行测量，初始时滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上电键后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表A才有读数，于是该同学根据测出的数据作出了两个电流表读数I与x的关系图，如图戊所示，则根据图象可知，此电池的电动势为 ▲ V，内阻为 ▲ W。‎ ‎9.0‎ ‎7. 0‎ ‎5.0‎ ‎3.0‎ I1/mA ‎0 10 20 x/cm ‎0 10 20 x/cm ‎0.60‎ ‎0.40‎ ‎0.20‎ I2/A 戊 解；（1）实物连接如右图　(2分，电流表量程选择、滑线变阻器滑片位置错误各扣1分)‎ ‎（2）9.0，10.0　(每空2分)‎ ‎（3）9.0，10.7 (10.5~11.2均给分，每空2分)‎ ‎11.（10分）王红同学到实验室做“测定电源电动势和内阻”的实验时，发现实验桌上还有一个定值电阻R0。他设计了如图所示的电路来测量R0的阻值，实验时用U1、U2、I分别表示电表V1、V2、A的读数，并将滑动变阻器的滑片P移动到不同位置时，记录了U1、U2、I的一系列值。‎ ‎（1）他在同一坐标纸上分别作出U1－I、U2－I图线，则所作的直线斜率较大的是　　　　‎ ‎（2）定值电阻R0的计算表达式是： R0= (用测得的物理量表示)， 若实验中的所有操作和数据处理无错误，实验中测得R0值 （填“大于”、“等于”或“小于”）实际值。‎ ‎（3）张超同学说：“在王红同学所用的实验器材中，如果知道电流表的内阻rA ‎，就能少用一个电压表测出电动势、内阻以及R0的值。请你在虚线框中画出张超同学设想的电路图，并写出简单实验步骤和E、r、R0三个物理量的计算式。‎ V1‎ R R0‎ S A V2‎ E r P 答：⑴U2－I的图线。‎ A V R0‎ R E S r rA P ‎⑵，大于；‎ ‎⑶电路图： ‎ 实验步骤：①按电路图连接好电路；‎ ‎②闭合开关S，移动滑片P使滑动变阻器短路，测得两电表读数为U1、I1；‎ ‎③移动滑片P使滑动变阻器不短路，测得两电表读数为U2、I2；‎ ‎④整理器材，数据处理。‎ 计算公式：‎ 由闭合电路欧姆定律E=U1+I1r, E=U2+I2r 由部分电路欧姆定律U1=I1(R0+rA),解得 ‎ ‎ ‎ 22． (2)某型号电池的电动势约3.7 V，内阻约2Ω，允许通过的最大电流为300 mA。现欲测定其电动势E和内阻r，给定的器材有：待测电池E；电阻箱R(阻值0～999.9 Ω)；定值电阻R0，(阻值3 Ω)；直流电压表 (量程3 V，内阻约6 kΩ)；直流电流表 (量程0.3 A，内阻约2 Ω)；开关S一个；导线若干。  ‎ ‎①如果在上述两个电表中只选用一个电表与其它器材组成测量电路，为使测量结果有尽可能高的精确度，应选用的电表是_______，请在虚线框中画出测量电路图，图中要标明相关器材的字母符号。 ‎ ‎②用设计的电路读取两组数据，分别用R1、U1、R2、U2或用R1、I1、R2、I2表示，求得待测电池电动势E=___________，内阻r=___________。‎ ‎③为使测量结果更精确，在不改变实验器材、实验电路的前提下，请你提出一条建议：(例如：多测几组数据，分别列方程组求出E、r，再求E、r的平均值。)_________________________________________________________________________________‎ V R0‎ R E S 答： ① (3分)‎ ‎  测量电路如图所示 (3分)‎ ‎② (2分)‎ ‎   (2分)‎ ‎③建议一：多测几组R、U数据，分别求出相应的I值，用U、I数据作出U-I图线，由图线的截距、斜率求出E、r。‎ ‎  建议二：由可推出，多测几组R、U ‎    数据，作图线(为一直线)，由图线的截距、斜率求出E、r。‎ ‎  建议三：由可推出，多测几组R、U数据，作图线(为一直线)，由图线的截距、斜率求出E、r。(2分)‎ ‎  其他建议合理的同样给分。‎ ‎  因电表选错导致①、②小题不能得分的．第③小题可参照评分标准酌情给分。‎ ‎14、（14分）如图甲所示为一黑箱装置，盒内有电源、电阻等元件，a、b为黑箱的两个输出端。‎ ‎ (1)为了探测黑箱，小明进行了以下几步测量：‎ ‎ ①用多用电表的电阻挡测量a、b间的电阻；‎ ‎ ②用多用电表的电压挡测量a、b间的输出电压；‎ ‎ ③用多用电表的电流挡测量a、b间的输出电流．‎ ‎ 你认为以上测量中不妥的有： (填序号)，理由是： .‎ 甲 乙 a b S A V2‎ E r R R0‎ a b V1‎ ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ ‎0‎ I/A U/V 丙 ‎ (2)含有电源的黑箱相当于一个等效电源(a、b是电源的两极)，小明想测定这个等效电源的电动势和内阻，设计了如图乙所示的测量电路，此电路同时能测出电阻R0的阻值。小明将滑动变阻器的滑片移动到不同位置时，记录了三个电表的一系列示数．记录在下面两个表格中。‎ 表格一 电压表示数/V ‎1.21‎ ‎0.90‎ ‎0.60‎ ‎0.29‎ ‎0‎ 电流表示数/A ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ 表格二 电压表示数/V ‎1.40‎ ‎1.31‎ ‎1.22‎ ‎1.08‎ ‎1.00‎ 电流表示数/A ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ 在图乙的坐标纸中分别作出R0的U-I图象和电源的U-I图象。‎ 根据作出的图象可以求出定值电阻R0=__________Ω，电源电动势E=__________V，内电阻r=__________Ω 若实验中的所有操作和数据处理无错误，实验中测得的定值电阻R0值_____实际值；测得的电源电动势E的值_____实际值，内阻r的测量值_____实际值（横线上选填“大于、等于、小于”）．‎ 答：（1）、(2分)；中不能用电阻挡直接测含源电路的电阻，中可能会造成短路。‎ ‎（2）图略（每图2分）；2.0（1.9—2.1），1.50（1.48—1.52），1.0（0.8—1.2）（每空1分）；大于；小于；小于；（每空1分）‎