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1、实验十 测定电源的电动势和内阻,实验基础,核心探究,实验基础 解读实验萃取精华,注意事项 1.电池选取:应选用内阻较大的电池. 2.实验操作:实验中不宜将电流调得过大,电表读数要快,每次读完数后立即断开开关. 3.数据要求:要测出不少于6组的(I,U)数据,且变化范围要大些. 4.描点画图:画U-I图线时,应使图线通过尽可能多的点,并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去. 5.纵轴标度的确定:画U-I图线时,纵轴的刻度可以不从零开始,而是依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,而图线与纵轴的截距仍为电源电动势,图
2、线斜率的绝对值仍为内阻.,误差分析 1.偶然误差 (1)由于电表读数不准引起误差. (2)用图像法求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,都会引起E,r变化. 2.系统误差 (1)若采用(甲)图,其U-I图像如(乙)图所示.由于电压表的分流作用造成误差.,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测为r真和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.,核心探究 通法悟道拓宽思路,探究点一 基础性实验,【典例1】 (2015江苏卷,10)小明利用如图(甲)所示的实验装置测量一干电池的电动势和
3、内阻.,(1)图中电流表的示数为 A.,解析:(1)电流表所用量程为00.6 A,其分度值为0.02 A,其示数为0.4 A+ 20.02 A=0.44 A.,答案:(1)0.44,(2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下: 请根据表中的数据,在图(乙)中作出U-I图线.,由图线求得:电动势E= V;内阻r= .,答案:(2)U-I图线见解析 1.60(1.581.62都算对) 1.2(1.181.26都算对),(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 .,答案:(3)见解析,解析:(3)干电池长时间使用后
4、,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大.,反思总结 电流表的读数方法及图像处理 (1)由于电流表0.6 A量程的最小刻度是0.02 A,故不用估读到最小刻度的下一位. (2)注意U-I图像的U坐标轴一般不是从零刻度开始,这样内阻r只能用r= 计算,不能由r= 计算.,题组冲关,1.(2017河南郑州第三次质检)实验小组要测量一个电池组的电动势E和内阻r,并测量保护电阻的阻值Rx.已知电池组的电动势约为6 V,电池内阻和待测电阻阻值均约为几十欧.可选用的实验器材有: 电流表A1(量程030 mA) 电流表A2(量程0100 mA) 电压表V1和V2(量程均为06 V) 滑动变阻器R1(阻值0
5、5 ) 滑动变阻器R2(阻值0300 ) 开关S一个,导线若干,某同学设计的实验过程如下: 实验电路图如图(甲)所示,正确连接电路;将变阻器R接入电路的阻值调到最大,闭合开关S; 逐渐减小变阻器R的阻值,测量并记录多组电压表和电流表的数据U1,U2,I. 根据上面信息,回答下列问题: (1)实验中电流表应选用 ,滑动变阻器应选用 .,解析:(1)由题意可知,电池组电动势约为6 V,而电阻约为几十欧姆,为了保证实验的安全,电流表应选择A2;由电路图可知,滑动变阻器起调节电流的作用,5 的电阻小于待测电阻较多,故只能选择R2;,答案:(1)A2 R2,(2)如图(乙)是根据步骤的测量数据作出的U1
6、-I图像,由图像可知,电源电动势E= V,电源内阻r= (结果均保留两位有效数字).,答案:(2)5.9 25,(3)用U1,U2,I表示待测保护电阻的阻值为Rx= ,考虑电表内阻对测量结果的影响,实验中待测电阻的测量值与真实值相比 (选填“偏小” “偏大”或“相等”).,答案:(3) 偏大,(1)该小组成员先直接用多用电表粗测该电池电动势,用2.5 V量程读数如图(甲)所示,则该电动势的读数 为 V; 测量时多用电表的红表笔应该与电池的 (填“正”或“负”)极相连.,2.(2018江苏南京模拟)某研究性学习小组欲测量一节干电池的电动势和内阻.,答案:(1)1.45 正,解析:(1)在题图(甲
7、)中可读出该电动势为1.50 V;测量时多用表的红表笔应该与电池的正极相连.,(2)接着小组成员按如图(乙)原理图测量电源电动势E和内阻r.R0=2.5 为定值保护电阻,电压表内阻较大,单位长度电阻r0=0.20 /cm的电阻丝ac上标有长度刻度. (3)请根据原理图连接图(丙)中的实物图.,答案:(3)图见解析,解析:(3)电路接线如图.,(4)闭合开关S,记录ab的长度L和电压表V的示数U;滑动b点改变ab的长度L,测得6组L和U值,并算出对应的值.写出U与L,E,r,R0,r0的关系式 = .,答案:(5)1.50(1.431.54均可) 0.50(0.350.65均可),(5)图(丁)
8、中的“”是已标出的实验数据所表示的点,根据图线算出电源电动势E= V,内阻r= .(计算结果保留到小数点后两位),探究点二 创新性实验,高考创新实验例析,【典例2】 (2014全国卷,23)利用如图(a)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 ),电阻R0(阻值为3.0 ),电阻R1(阻值为3.0 ),电流表 (量程为200 mA,内阻为RA=6.0 ),开关S.,(2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R=3.0 时电流表的示数如图(b)所示,读出数据,完成下表.答: , . (3)在图(c)的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,
9、根据图线求得斜率 k= A-1-1,截距b= A-1.,答案:(2)0.110 9.09 (3)1.0 6.0,解析:(2)电流表每小格表示4 mA,因此电流表读数是0.110 A,倒数是9.09 A-1. (3)根据给出的点,画出一条直线,如图所示,得出斜率k=1.0 A-1-1,截距b= 6.0 A-1.,(4)根据图线求得电源电动势E= V,内阻r= .,答案:(4)3.0 1.0,【创新/改进点分析】 1.实验器材的改进:利用内阻已知的电流表和电阻箱测电源的电动势和内阻. 2.数据处理的创新改进:利用 -R图像的斜率和截距求E和r.,【典例3】 (2017天津卷,9)某探究性学习小组利
10、用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻.其中电流表A1的内阻r1=1.0 k,电阻R1=9.0 k,为了方便读数和作图,给电池串联一个R0=3.0 的电阻. (1)按图示电路进行连接后,发现aa,bb和cc三条导线中,混进了一条内部断开的导线.为了确定哪一条导线内部是断开的,将开关S闭合,用多用电表的电压挡先测量a,b间电压,读数不为零,再测量a,a间电压,若读数不为零,则一定是 导线断开;若读数为零,则一定是 导线断开.,答案:(1)aa bb,解析:(1)根据U=IR,导线电阻R等于零,所以良好的同一根导线上任何两点都不会存在电势差,若一根导线两端有电势差,则导线断开.据此可推断出导线是完
11、整的还是断开的.,(2)排除故障后,该小组顺利完成实验.通过多次改变滑动变阻器触头位置,得到电流表A1和A2的多组I1,I2数据,作出图像如图.由I1-I2图像得到电池的电动势E= V,内阻r= .,答案:(2)1.4(1.361.44均可) 0.5(0.40.6均可),【创新/改进点分析】 1.实验方案的改进:利用内阻已知的电流表A1,求出并联电路两端的电压,电流表A2的示数近似看成干路电流. 2.数据处理的创新:纵轴截距与(R1+r1)的乘积表示电动势,根据图线斜率的绝对值可求出电池内阻.,模拟创新实验冲关,1.(2017四川成都第四次联考)在2017上海国际车展上,展出了大量新能源车型.
12、据统计在车展期间,展出的新能源车型达159台之多.其中纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车,它利用蓄电池作为储能动力源,通过电池向电动机提供电能,驱动电动机运转,从而推动汽车行驶.为研究车用电瓶,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的电动势和内阻. A.待测电瓶,电动势约为3 V,内阻约几欧姆 B.直流电压表V1,V2,量程均为3 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(阻值已知) E.导线和开关,(1)请利用以上器材,设计一个电路,完成对待测电瓶的电动势和内阻的测量.,解析:(1)因无电流表,故可用定值电阻与电
13、压表配合来得到电流,电路如图所示.,答案:(1)图见解析,(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调到接入电路最大阻值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k,与横轴的截距为a,则电瓶的电动势E= , 内阻r= (用k,a,R0表示).,【创新/改进点分析】 1.实验器材的改进:利用两个电压表和定值电阻来测量电源的电动势和内阻. 2.数据处理的创新改进:获得函数与U1-U2
14、图像,利用斜率和截距求解.,2.(2018陕西西安模拟)如图(甲)是利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图.图中S为开关,R为滑动变阻器,固定电阻R1和A1内阻之和为10 000 (比r和滑动变阻器的总电阻大得多),A2为理想电流表. (1)按电路原理图在图(乙)虚线框内各实物图之间画出连线.,解析:(1)由原理图可知,电路为基本的限流接法,连线如图所示.,答案:(1)图见解析,(2)在闭合开关S前,将滑动变阻器的滑动端c移动至 (选填“a端”“中央”或“b端”). (3)闭合开关S,移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置,读出电流表A1和A2的示数I1和I2.多次改变滑动端c的位置,得到的数据为 在如图所示的坐标纸上,以纵坐标为I1,横坐标为I2画出所对应的图线.,答案:(2)b端 (3)图见解析,解析:(2)为保证安全,开始时滑动变阻器接入电路的阻值应接到最大值,故应接b端. (3)将各点依次描出,连线如图所示.,(4)利用所得图线求得电源的电动势E= V,内阻r= .(保留两位小数) (5)该电路中电源输出的短路电流Im= A.(保留两位有效数字),答案:(4)1.49 0.60 (5)2.5,【创新/改进点分析】 1.实验方案的创新改进:无电压表,用电流表和定值电阻配合获得电压. 2.数据处理的创新改进:用I1-I2图像代替U-I图像.,