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1、实验十 测定电源的电动势和内阻,实验溯本求源实验热点探究课时巩固训练教师备用习题,一、实验目的 1.掌握测定电源的电动势和内阻的方法. 2.会用图像法求电动势和内阻. 3.体会一次函数思想在物理实验图像中的应用.,图S10-1,二、实验原理 在闭合电路中,由闭合电路的欧姆定律可得电源的电动势E、内阻r、路端电压U、电流I存在的关系为U=E-Ir,E、r在电路中不随外电阻R的变化而改变.测量原理图如图S10-1所示,改变外电阻,可测得一系列I和U的值(至少6组),然后再在U-I图像中描点作图,所得直线与纵轴的交点为电动势E,图线斜率的绝对值为内阻r,这种方法叫伏安法. 三、实验器材 电池、电压表
2、、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干、坐标纸.,四、实验步骤 1.按如图S10-1所示电路图连接电路,将滑动变阻器调到有效电阻最大(图中左端). 2.检查电路无误后,闭合开关,调节滑动变阻器滑片的位置,使电流表有明显示数,记下一组(I,U)值. 3.改变滑动变阻器滑片的位置5次,用同样的方法,再测出5组(I,U)数值.然后断开开关,整理好仪器.,热点一 实验原理与实验操作,例1 2016四川卷 用如图S10-2所示电路测量电源的电动势和内阻.实验器材:待测电源(电动势约3 V,内阻约2 ),保护电阻R1(阻值10 )和R2(阻值5 ),滑动变阻器R,电流表A,电压表 V,开关S,导线若干.实验
3、主要步骤: 将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大,闭合开关; 逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值,记下电压表 的示数U和相应电流表的示数I; 以U为纵坐标,I为横坐标,作U-I图线(U、I都用国际单位); 求出U-I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.,图S10-2,回答下列问题: (1)电压表最好选用 ;电流表最好选用 .(均填选项前的字母) A.电压表(03 V,内阻约15 k) B.电压表(03 V,内阻约3 k) C.电流表(0200 mA,内阻约2 ) D.电流表(030 mA,内阻约2 ) (2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示数增大.两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是 (
4、填选项前的字母). A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱,B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱 C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱,另一条导线接在电阻丝左端接线柱 D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱,另一条导线接在电阻丝右端接线柱 (3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式,E= , r= ,代入数值可得E和r的测量值.,变式题 为测定一节新干电池的电动势和内阻(已知该干电池的内阻相当小,额定电流为0.7 A),可供选择的器材有:A.电压表(量程03 V,内阻为10 k); B.电压表(量程015 V,内阻为20 k); C.电流表(量程00
5、.8 A,内阻约为0.5 ); D.电流表(量程03 A,内阻约为0.2 ); E.滑动变阻器(最大电阻为10 ,额定电流为0.7 A); F.滑动变阻器(最大电阻为2 k,额定电流为0.2 A); G.定值电阻R0=1 ; H.开关、导线若干.,(1)要使实验误差较小且操作方便,可选择的器材是 (填器材前的字母). (2)图S10-3中的电路图应选择 (填选项字母).,图S10-3,(3)实验测得9组数据,已标在图S10-4的坐标系中,请在图中连线,从图中可得电池内阻r= (结果保留两位有效数字).,图S10-4,热点二 数据处理与误差分析,例2 2015江苏卷 小明利用如图S10-5所示的
6、实验装置测量一干电池的电动势和内阻. (1)图S10-5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:,图S10-5,请根据表中的数据,在图S10-6上作出U-I 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 .,图S10-6,答案 (1)0.44 (2)如图所示 1.60(1.581.62均可) 1.2(1.181.26均可) (3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大,变式题 某研究性学习小组利用伏安法测定
7、某一电池组的电动势和内阻,实验原理如图S10-7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Ig=100 A,内阻rg=2.0 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;,甲,图S10-7,乙,(3)某次实验的数据如下表所示: 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
8、差法在数据处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 C.R1的实际阻值比计算值偏小 D.R0的实际阻值比标称值偏大,答案 (1)1.0 (2)如图所示 (3)1.66 充分利用已测得的数据 (4)CD, 要点总结,热点三 同类实验拓展与创新,测电源电动势和内阻的方法除了伏安法之外还有安阻
9、法和伏阻法.,例3 2018江苏卷 一同学测量某干电池的电动势和内阻. (1)如图S10-8所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路.请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处: ; .,图S10-8,图S10-9,(3)为了得到更准确的测量结果,在测出上述数据后,该同学将一只量程为100 m V的电压表并联在电流表的两端.调节电阻箱,当电流表的示数为0.33 A时,电压表的指针位置如图S10-10所示,则该干电池的电动势应为 V;内阻应为 .,图S10-10,变式题 为测定某旧干电池的电动势和内阻,实验室提供了如下器材: A.旧干电池两节(假设两节电池完全一样); B.电
10、压表(视为理想电压表,量程03 V); C.电阻箱R(0999.9 );D.定值电阻R0=10 ; E.多用电表; F.开关、导线若干. (1)同学甲直接使用多用电表的直流电压2.5 V挡测 量一节电池的电动势,读数如图S10-11所示,则该同学测得的电动势E= ,此测量值比旧干电池电动势的真实值 (选填“偏大”或者“偏小”).,图S10-11,(2)同学乙将两节干电池串联接入如图S10-12甲所示的电路,规范操作得到如图乙所示的图像(U为电压表读数).该同学所描绘的图像中,横坐标是 (填选项前的字母).,图S10-12,(3)按照(2)问中所选的横坐标,已知图像的斜率为k,纵轴的截距为b,则
11、一节干电池的电动势为 ,内阻r为 .(均用k、b、R0表示),1.2018贵州八校联考 小明在做“测量电源电动势和内阻”的实验,已知干电池的电动势约为1.5 V,内阻约为0.2 ;还有电压表 V(03 V,内阻约为3 k)、电流表A(00.6 A,内阻为0.80 )、滑动变阻器R(最大阻值10 )等器材. (1)为了更准确地测出电源电动势和内阻.请在虚线框中画出实验电路图.在实验中测得多组电压和电流值,得到如图S10-13所示的U-I图线,由图可得出该电源电动势E= V,内阻r= .(结果均保留两位小数) (2)请结合你设计的电路图和U-I图线对实验结果进行误差分析.,图S10-13,2.20
12、18北京海淀期末 在“测定一节干电池的电动势和内阻”的实验中,实验室备有下列器材可供选用: A.干电池(电动势E约为1.5 V,内阻r约为1.0 ); B.电流表G(满偏电流为2.0 mA,内阻Rg=10 ); C.电流表A(量程00.6 A,内阻约为0.5 ); D.滑动变阻器R(020 ,10 A); E.定值电阻R0(阻值为990 ); F.开关和导线若干. 两组同学分别采用了不同实验方案进行实验:,(1)一组同学设计的实验电路如图S10-14所示,并利用以上器材正确连接好电路,进行了实验测量.根据他们的实验设计,完成下列问题:闭合开关S,移动滑动变阻器的滑动端P至某一位置,记录电流表G
13、的示数I1和电流表A的 示数I2.多次改变滑动端P的位置, 得到多组数据.在图S10-15所示 的坐标纸上建立I1-I2坐标系,并 已标出了与测量数据对应的5 个坐标点.请根据所标各点在 图中描绘I1-I2图线.,图S10-14,图S10-15,利用所画图线求得电源的电动势E= V,电源的内电阻r = .(结果均保留两位小数) (2)另一组同学采用滑动变阻器和一个多用电表来测定电池的电动势和内阻.实验原理如图S10-16所示.当变阻器为某一阻值时,用多用电表 的直流电压挡测出变阻器两端的电压U,再卸去变阻器一 个接线柱的导线,把多用电表串联在电路中,用直流电流挡 测出通过变阻器的电流I.随后改
14、变变阻器的电阻,重复上述 操作,获得多组U、I数据,并计算得出实验结果.这个实验方 案在测量原理上的主要缺点是 .,图S10-16,3.2018山东德州期末 为了测定电源电动势E、内阻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 S10-17甲所示的电路.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.根据记录的数据计算 出流过电阻箱的电流I,分别描绘了 a、b两条U-I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:I= (用U1、U2、R表示). (2)电源两端电压随电流变化的图线是图乙中的
15、(选填“a”或“b”);当电阻箱阻值调节为 时,两条图线存在交点. (3)根据图乙可以求得电源的电动势E= V,内阻r = ,该电路中小灯泡消耗的最大功率为 W.(结果均保留两位有效数字),4.2018开封模拟 某同学设计了如图S10-18甲所示的电路来测量电源电动势E及电阻R1和R2的阻值.实验器材有:待测电源E(不计内阻),待测电阻R1,待测电阻R2,电压表 V(量程为03 V,内阻很大),电阻箱R(099.99 ),单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干.,图S10-18,5.2014全国卷 利用如图S10-19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
16、阻箱R(最大阻值999.9 ),电阻R0(阻值为3.0 ),电阻R1(阻值为3.0 ),电流表A(量程为0200 mA,内阻为RA=6.0 ),开关S. 实验步骤如下: 将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S; 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;,图S10-19,图S10-20,(3)在图S10-21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-1-1, 截距b= A-1. (4)根据图线求得电源电动势E= V,内阻 r= .,图S10-21,1.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
17、用的实验器材有: 电流表A1(量程030 mA); 电流表A2(量程0100 mA); 电压表V(量程06 V); 滑动变阻器R1(阻值05 ); 滑动变阻器R2(阻值0300 ); 开关S一个,导线若干条. 某同学的实验过程如下:,设计如图S10-1所示的电路图,正确连接电路. 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,得到如图所示 的图线. 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:
18、 (1)电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 . (2)由图的图线,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 .(均选填“相同”或“不同”),2.实验室有下列器材: 灵敏电流计G(内阻约为50 ); 电压表 V(03 V,内阻约为10 k); 电阻箱R1(09999 ); 滑动变阻器R2(0100 ,1.5 A); 旧干电池一节; 开关、导线若干. (1)某实验小组先测灵敏电流计的内阻,电
19、路如图甲所示,测得电压表示数为2 V,灵敏电流计示数为4 mA,电阻箱旋钮位置如图乙所示,则灵敏电流计内阻为 .,(2)为将灵敏电流计的量程扩大为原来的10倍,该实验小组将电阻箱与灵敏电流计并联,则应将电阻箱R1的阻值调为 .调好后连接成如图丙所示的电路测干电池的电动势和内阻,调节滑动变阻器读出了几组电压表和电流计的示数如下表,请在图的坐标系中作出合适的IG-U图线. (3)由作出的IG-U图线求得干电池的电动势 E= V,内阻r= .,3.目前汽车上都有车载电瓶作为备用电源,用久以后性能会下降,表现之一为电瓶的电动势变小,内阻变大.某兴趣小组将一块旧的车载电瓶充满电,准备利用下列器材测量电瓶
20、的电动势和内阻.A.待测电瓶(电动势约为3 V,内阻为几欧姆); B.直流电压表V1、V2(量程均为03 V,内阻约 为3 k); C.定值电阻R0(阻值未知); D.滑动变阻器R(最大阻值为Rm); E.导线和开关. (1)根据如图所示的实物连接图,在虚线框中画出相应的电路图.,(2)实验之前,需要利用该电路图测出定值电阻R0的阻值,方法是先把滑动变阻器R调到最大阻值Rm,再闭合开关,电压表V1和V2的读数分别为U10、U20,则R0= (用U10、U20、Rm表示). (3)实验中移动滑动变阻器触头,读出电压表V1和V2的 多组数据U1、U2,描绘出U1-U2图像如图所示,图中直 线斜率为
21、k,横轴截距为a,则电瓶的电动势E= , 内阻r= .(用k、a、R0表示),(1)根据甲、乙两同学的测量所得数值判断,此光伏电池的内阻r大小应 (填选项前的字母). A.略大于2 k B.等于2 k C.略小于2 k D.等于30 E.略大于30 (2)你若是该兴趣小组中的一员,为测定光伏电池的电动势和内阻,在上述甲、乙两同学测量结果的基础上,请设计一个合理且具备操作性的实验电路图.除光伏电池外,提供的实验器材有:,A.电流表A1(量程00.6 A,内阻r1=1 ); B.灵敏电流表A2(量程01 mA,内阻r2=100 ); C.灵敏电流表A3(量程025 mA,内阻r3=20 ); D.
22、滑动变阻器R1(最大阻值为10 ); E.滑动变阻器R2(最大阻值为2 k); F.电阻箱R3(09999 ); G.导线若干、开关. 在下面虚线框中画出实验电路图,所需的相应器件是 .,(3)作图法是常用的实验数据处理手段,在直角坐标系中对坐标轴赋予适当的物理量,就有可能拟合成直线形状的实验图线.在(2)小题你所设计的方案中,若能拟合出直线形状的实验图线,纵轴应赋予的物理量是 ,横轴应赋予的物理量是 .,5.2015安徽卷 某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:一个满偏电流为100 A、内阻为2500 的表头,一个开关,两个电阻箱(0999.9 )和若干导线. (1)由
23、于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表,则应将表头与电阻箱 (填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为 . (2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及 内阻进行测量,实验电路如图所示,通过改变电阻R 测相应的电流I,且作相关计算后一并记录如下表:,根据表中数据,图中已描绘出四个点,请将第5、6两组数据也描绘在图中,并画出IR-I图线; 根据图线可得电池的电动势E是 V,内阻r是 .,6.2015天津卷 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
24、表:量程0.6 A,内电阻约1 B.电流表:量程为3 A,内电阻约0.2 C.电压表:量程3 V,内电阻约30 k D.电压表:量程6 V,内电阻约60 k E.滑动变阻器:01000 ,额定电流0.5 A F.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.用图像法处理采集到的数据,为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线,则可以 为纵坐标,以 为横坐标.,