实验9-1 测定电源的电动势和内阻（抢分精讲）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

实验9-1 测定电源的电动势和内阻（抢分精讲）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

剑指2019年高考物理的13个抢分实验 实验9.1 测定电源的电动势和内阻 抢分精讲 ‎【高考导航】‎ 抢分题型 ‎◎题型1 实验原理与操作 ‎◎题型2 器材、电路的选择与数据处理 ‎ ‎◎题型3 创新实验剖析 ‎◇命题点1 实验方案的创新 ‎◇命题点2 实验原理的迁移运用 实验目的 ‎1．掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法。‎ ‎2．学会用图象法求电动势和内阻。‎ 实验原理 ‎1．实验依据：闭合电路欧姆定律。‎ ‎2．实验电路(如图实Ⅸ－1所示)‎ ‎3．E和r的求解：由U＝E－Ir得，解得E、r。‎ ‎4．用作图法处理数据，如图实Ⅸ－2所示。‎ ‎(1)图线与纵轴交点为E；‎ ‎(2)图线与横轴交点为I短＝；‎ ‎(3)图线的斜率表示r＝||。‎ 题型1　实验原理与数据处理 例1　 (四川理综)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)；‎ 电压表V(量程0～6 V)；‎ 滑动变阻器R1(阻值0～5 Ω)；‎ 滑动变阻器R2(阻值0～300 Ω)；‎ 开关S一个，导线若干条。‎ 某同学的实验过程如下：‎ Ⅰ.设计如图实Ⅸ－5所示的电路图，正确连接电路。‎ Ⅱ.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，得到如图实Ⅸ－6所示的图线。‎ Ⅲ.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Ⅱ的步骤，得到另一条U－I图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0，0)，与纵轴U的交点坐标为(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＝________Ω；‎ ‎(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________。(选填“相同”或“不同”)‎ 答案　(1)A2　R2　(2)25　(3)－r (4)相同　不同 解析　‎ 题型2　仪器选择与电路连接 例2　 (天津理综)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 Ω)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 Ω B．电流表：量程3 A，内电阻约0.2 Ω C．电压表：量程3 V，内电阻约30 kΩ D．电压表：量程6 V，内电阻约60 kΩ E．滑动变阻器：0～1 000 Ω，额定电流0.5 A F．滑动变阻器：0～20 Ω，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)如图实Ⅸ－7为正确选择仪器后，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。‎ 答案　(1)A　D　F　②a　d　c　g　f　h　③见解析 解析　‎ 故需将a与d、c与g、f与h相连。‎ ‎(3)用伏阻法测电源电动势与内电阻时，由闭合电路欧姆定律有E＝U＋r，由此可得＝＋·(或＝·－)、U＝E－r·(或＝－U)、＝·R＋(或R＝E·－r)，故可以得到－、U－、－R等线性图线。‎ 题型3　创新实验剖析 命题点1 实验方案的创新 本实验也可利用一只电流表和一个电阻箱进行测量或利用一只电压表和一个电阻箱进行测量。‎ ‎1．用一个电流表和电阻箱测量，电路如图实Ⅸ－8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，但内阻偏大。‎ ‎2．用一个电压表和电阻箱测量，电路如图实Ⅸ－9所示，测量原理为：E＝U1＋r，E＝U2＋r。由此可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。‎ 例3　 (课标Ⅰ)利用如图实Ⅸ－10所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：‎ 待测电源，电阻箱R(最大阻值999.9 Ω)，电阻R0(阻值为3.0 Ω)，电阻R1(阻值为3.0 Ω)，电流表A(量程为200 mA，内阻为RA＝6.0 Ω)，开关S。‎ 实验步骤如下：‎ ‎①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；‎ ‎②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；‎ ‎③以为纵坐标，R为横坐标，作－R图线(用直线拟合)；‎ ‎④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则与R的关系式为__ _________。‎ ‎(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0 Ω时电流表的示数如图实Ⅸ－11所示，读出数据，完成下表。答：①________，②________。‎ ‎(3)在图实Ⅸ－12的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k＝_________A－1·Ω－1，截距b＝________A－1。‎ ‎(4)根据图线求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。‎ 答案　‎ ‎(1)＝R＋[RA＋(r＋R0)]或＝R＋(5.0＋r)　‎ ‎(2)①0.110　②9.09‎ ‎(3)图见解析　1.0(在0.96～1.04之间均对)　6.0(在5.9～6.1之间均对)‎ ‎(4)3.0(在2.7～3.3之间均对)　1.0(在0.6～1.4之间均对)‎ 解析 ‎(3)描点作图如图所示，由图线可得k＝ A－1·Ω－1＝1.0 A－1Ω－1，b＝6.0 A－1。‎ ‎(4)由＝R＋(5.0＋r)可知k＝，b＝(5.0＋r)，将k＝1.0 A－1Ω－1、b＝60 A－1代入可得E＝3.0 V，r＝1.0 Ω。‎ 命题点2 实验原理的迁移运用 例4　 (东北联考)某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻，考虑到水果电池组的内阻较大，为了提高实验的精确度，需要测量电压表的内阻。实验中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表，该同学便充分利用这块电压表，设计了如图实Ⅸ－13所示的实验电路，既能实现对该电压表的内阻的测量，又能利用该表完成水果电池组电动势和内阻的测量。他用到的实验器材有：‎ 待测水果电池组(电动势约4 V，内阻约50 Ω)、双向电压表(量程为2 V，内阻约为2 kΩ)、电阻箱(0～9 999 Ω)、滑动变阻器(0～200 Ω)，一个单刀双掷开关及若干导线。‎ ‎(1)该同学按如图实Ⅸ－13所示电路图连线后，首先测出了电压表的内阻。请完善测量电压表内阻的实验步骤：①将R1的滑动触片滑至最左端，将S拨向1位置，将电阻箱阻值调为0；‎ ‎②调节R1的滑动触片，使电压表示数达到满偏；‎ ‎③保持________不变，调节R2，使电压表的示数达到________；‎ ‎④读出电阻箱的阻值，记为R2，则电压表的内阻RV＝________。‎ ‎(2)若测得电压表内阻为2 kΩ，可分析此测量值应________真实值。(填“大于”、“等于”或“小于”)‎ ‎(3)接下来测量电源电动势和内阻，实验步骤如下：‎ ‎①将开关S拨至________(填“1”或“2”)位置，将R1的滑动触片移到最________端，不再移动；‎ ‎②调节电阻箱的阻值，使电压表的示数达到一个合适值，记录下电压表的示数和电阻箱的阻值；‎ ‎③重复第二步，记录多组电压表的示数及对应的电阻箱的阻值。‎ ‎(4)若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为R，作出－图象，则可消除系统误差，如图实Ⅸ－14所示，其中截距为b，斜率为k，则电动势的表达式为______，内阻的表达式为________。‎ 答案　(1)③R1　半偏(或最大值的一半)　④R2‎ ‎(2)大于　(3)①2　左　(4)E＝　r＝ 解析　‎ ‎ ‎