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1、高三物理第一轮复习：测电源电动势和电阻粤教版【本讲教育信息 】一、教学内容：测电源电动势和电阻1、测定金属的电阻率2、测定电源电动势和内电阻二 . 要点扫描：（一）测定金属的电阻率1、实验原理：由电阻定律R= l 得 = RS ，可见，只要测出了金属的电阻R、横截面S l积 S 和导线长度 l，即可求出其电阻率 .2、实验装置及要求：测金属丝的长度可用刻度尺，金属丝的横截面积可通过用螺旋测微器测出其直径后计算得到 .电阻值 R 的测定可由伏安法测出电阻两端的电压和其中的电流，由欧姆定律求得 R=U/I.要测 U 、 I 就需设计一个电路，根据所给仪表的规格（量程、内阻等）及电阻的大小，确定电压
2、表、电流表在电路中的连接方法：若RR A ，应采用电流表内接电路；若RR V，应采用电流表外接电路 .在该实验中，金属丝电阻一般较小，故应采用电流表外接电路.若给出多块电表供选择， 则应选用量程足够 （即电表的最大测量值应不小于电路可能出现的相应物理量的最大值） 且量程尽量小的电表，这样测量时可使电表指针有较大的偏角，减小测量的误差 .另外，为改变电阻丝两端的电压和其中的电流，应设置控制电路，一般由滑动变阻器来完成 .滑动变阻器接入电路时常用限流式接法和分压式接法.在相同电源条件下，分压式接法电压变化范围较大，且电压可从零调起.一般情况下，若待测电阻值与变阻器最大阻值接近，可选用限流式接法；若
3、待测电阻值远大于变阻器最大阻值，则应采用分压式接法.若题目明确要求电压从零调起， 则无论待测电阻值与变阻器最大阻值关系如何，都必须选用分压式电路 .在该实验中，由于待测金属丝电阻较小，只要没有提出测量电压由零开始的要求，一般可采用限流式电路 .3、数据处理：为减小偶然误差，金属丝长度、直径的测定及电阻的测量，都应采用测多组值最后求平均值的方法.其中金属丝电阻的测定也可采用图象法处理数据，即根据实验测得的多组U 、 I 值，在 U-I 坐标系中描点画图.由欧姆定律知R= U ，固定电阻的U-I 图线应I为过原点的直线，所以根据测得的U 、 I 值在 U-I 坐标系中描出诸点后，作出过原点且尽可能
4、多地通过描出点的直线（不在直线上的点应尽可能地对称分布在直线两侧），即为待测电阻的 U-I 图线，其斜率即为待测电阻阻值（R=U ） .I4、误差分析：电阻丝长度、直径的测量，电流表、电压表的读数都存在偶然误差；另外，电表内阻的影响，也会产生系统误差 .如采用电流表外接时，电流表中的电流实为通过电阻丝和电压表内阻的电流之和， 也就是说， 实验中测出的电阻实为金属丝电阻与电压表内阻的并联值，所以测量值比实际值要偏小.【例 1】 有一个电阻 R，其阻值在 40 50 之间，现要进一步测量其电阻，手边现有如图所示的器材：用心爱心专心电源 E（电动势12 V ，内阻为0.5 ）；电压表（ 0 315
5、V ，内阻约10 k ）；电流表（ 0 0.6 3 A，内阻约1 ）；滑动变阻器R1（阻值 010 ，额定电流2 A ）；滑动变阻器R2（阻值 01 700，额定电流0.3 A）；电键 S 和导线若干 .（ 1）电压表的量程应选 _，电流表的量程应选 _，滑动变阻器应选 _ ；（ 2）请画出实验电路图；（ 3）用笔画线代替导线，在实物图上连好实验电路.解析： 滑动变阻器若选用R2，由于它的阻值比待测电阻的阻值大得多，不论采用分压式还是采用限流式接法，调节滑动变阻器控制电路中的电流或电压都不方便 .所以本题中选用 R1 并采用分压式接法较合适 .电源电动势为12 V ，由于采用分压式电路，Rx
6、两端电压最大约达12 V ，故电压表量程应选 0 15 V.电路中电流最大约为 Im=12A=0.3 A ，所以电流表量程应选 0 0.6 A.40分别将待测电阻与电压表内阻、电流表内阻相比较可知，属于Rxr 真 ，所以电动势和内电阻的测量误差都不太大.用心爱心专心【例 2】 （ 2006 广东高考， 12）某同学设计了一个如图所示的实验电路，用以测定电源电动势和内阻，使用的实验器材为：待测干电池组（电动势约3 V）、电流表（量程0.6 A ，内阻小于1 ）、电阻箱（ 0 99.99 ）、滑动变阻器（0 10 ）、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干.考虑到干电池的内阻较小，电流表的内阻
7、不能忽略.（ 1）该同学按上图连线，通过控制开关状态，测得电流表内阻约为0.20 .试分析该测量产生误差的原因是_.（ 2）简要写出利用上图所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤： _ ； _.（ 3）如图所示是由实验数据绘出的1-R 图象，由此求出待测干电池组的电动势IE=_V 、内阻 r=_ .（计算结果保留三位有效数字）解析：（ 1）通过控制开关状态，用半偏法测电流表内阻即闭合K ，调节 P，使电表示数满偏；再闭合 SC，保持 P 的位置不变，调节R，使电表示数半偏，此时电阻箱阻值等于电表内阻，产生误差的原因是闭合SC，调节 R 时，干路电流不是保持不变，而是增大了.只有在 RPR 时，
8、干路电流才认为不变.二是电阻箱的阻值不能连续调节，导致电表不恰好半偏 .（ 2）与教材上实验对比可知，若采用滑动变阻器，则须有电压表才能完成实验.考虑到电阻箱、电流表的阻值可知，其与电流的积表示两端的电压，根据欧姆定律E=I （ R+r）知，若测得两次 I 、 R，则 E、 r 可求 .（ 3）由闭合电路欧姆定律可得1RrRA，由上式可知图线E=I （R+R A +r），即EEI的斜率是电动势的倒数，图线在纵轴上的截距是r RA ，由此可得E=16.0V=2.86 V ，ER2.1rRA =0.9， r=2.37 .E答案：（ 1）满偏时滑动变阻器阻值与电流表阻值之比偏低；电阻的阻值不能连续调
9、节.用心爱心专心（ 2）断开 K ，将 R 旋至最大值， S 掷向 D；调小 R 直到电流表指针有足够偏转，改变 R 值测出几组 I 随 R 变化的数据 .（ 3）E=2.86 V （ 2.76 2.96 V 均给分）r=2.37 点评：（ 1）本题为一组合实验题，第（1）问要求考生理解“半偏法”测电流表内阻的原理，熟悉电路结构，会分析误差的来源，（2）“测定电源的电动势和内阻”这一实验是应用图象法处理实验数据的典型实验.要通过这一实验的复习，掌握作图的方法和技巧，理解图象的意义，会根据图象求得被研究的物理量，第（2）（3）问要求考生在理解和掌握这个实验的原理方法的前提下，会迁移到器材变化这一
10、新情景中，去解决新的问题.链接拓展测电池的电动势和内电阻的实验，下列所给几组器材可以达到实验目的的是（）A、一只电流表和一只电阻箱B、一只电压表和一只电阻箱C、一只电流表和一只滑动变阻器D、一只电压表和一只单刀双掷开关及两个不同的定值电阻答案： ABD【模拟试题】1、现有一量程为3V 的电压表，内阻约为3k .为了较准确地测量其内电阻，在没有电流表的情况下，某同学设计了如图所示的实验电路，按此电路可以测出电压表的内电阻.其中R1 是最大阻值为9999 的电阻箱， R2 是最大阻值为20 的滑动变阻器.（ 1）试根据如图所示的电路图，完成如图所示的实物电路的连线.（ 2）接通电路前应将滑动变阻器
11、的滑片P 置于 _端 .（ 3）根据电路图，按顺序写出本实验的主要操作步骤.2、要精确测量一个阻值为5 的电阻 R，实验室提供下列器材:电流表:量程 100mA ，内阻 r1 约为 4.电流表:量程 500A，内阻 r2=750 .电压表:量程 10V ，内阻 r3 约为 10k.变阻器 R0:阻值约 10电.池 E:电动势 =1.5V，内阻很小 .电键 S，导线若干 .（ 1）选出适当器材并在下图虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号. （2）需要测量的物理量是_ ，根据所测物理量， 求出电阻阻值的表达式Rx=_.用心爱心专心3、从下列实验器材中选出适当的器材，设计测量电路来测量两个电流表
12、的内阻，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度 .（ A ）待测电流表，量程 50mA ，内电阻约几十欧 .（ B）待测电流表，量程 30mA ，内电阻约几十欧 .（ C）电压表，量程 15V，内阻 r V=15k .（ D）电阻箱 R1，阻值范围 0 9999.9 .（ E）电阻箱 R2，阻值范围 099.9 .（ F）滑动变阻器 R3 阻值 0150，额定电流 1.5A.（ G）滑动变阻器 R4，阻值 0 20，额定电流 1.5A.（ H）电阻 R0，阻值是 40，功率是 0.5W （作保护电阻用） .（ I）电池组，电动势为 12V ，内电阻约 0.5 .此外还有单刀电键若干和导线若干，供需
13、要时选用.（ 1）请设计一个测量电路，画出电路图.（ 2）选出必要的器材，用器材前的字母表示，有 _. （ 3）说明实验需要测量的物理量，并列出计算两个电流表内电阻的计算式 .【试题答案】1、答案：（ 1）如图所示（ 2）A （左）（ 3）按电路图连好电路后 .将滑动变阻器的滑片P 移至 A 端 闭合电键 S1 和 S2，调节滑动变阻器R2 的滑片 P，使电压表的指针偏转一个较大的角度（或满刻度），并记录此时电压表的示数U1， 保持 P 的位置不变，断开 S2，调节电阻箱 R1 的阻值 .使电压表的示数为 U2=U 1/2，则电压表的内电阻等于此时电阻箱的阻值R断开 S1，拆除电路，实验器材复
14、原或者：按电路图连好电路后，将滑动变阻器的滑片P 移至 A 端将电阻箱的阻值调至某一定阻值（最好为3k 左右） .并记下此时的电阻值R，闭合电键S1 和 S2，调节滑动变阻器 R2 的滑片 P，使电压表的指针偏转一个较大的角度（或满刻度）.并记录此时电压表的示数 U 1保持 P 的位置不变，断开 S2，记录此时电压表的示数U2，则此时通过电阻箱的电流为 IU 1 U 2. 根据串联电路的电流特点和欧姆定律可求出电压表的内电阻R用心爱心专心为 : R VU 2断开 S1，拆除电路，实验器材复原I - U 2 RU1U 22、答案：（ 1）如图所示（ 2）通过两电流表、I 2 r2的电流 I1、 I2，I1I 23、答案：（ 1）如图所示（ 2） ABEGHI（ 3）电键 S2 闭合时 .测得电流表的示数I 1 和 I2；断开电键S1，调整电阻箱的阻值为R 时，测得电流表的示数I1 和 I2， R A1I 2I 2 R； R A2I 1I 2R（用其他方法测量I 1I 2I1I 2I1I 2 I 1I 2正确也可）用心爱心专心