适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第9章电路实验探究课12测定电源的电动势和内阻课件

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一、实验目的1.测量电源的电动势和内阻。2.加深对闭合电路欧姆定律的理解。二、实验思路如图甲或图乙所示,改变R的阻值,从电压表和电流表中读出几组U、I值,利用闭合电路欧姆定律求E、r值。
三、实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔和刻度尺。四、进行实验1.按实验电路图连接电路。2.把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端。3.闭合开关,调节变阻器,记录几组I、U值,填入表格中。4.断开开关,拆除电路,整理好器材。
六、误差分析1.由于读数不准和电表线性不良引起误差。2.用图像法求E和r时,由于作图不准确造成误差。3.实验时通电时间过长或电流过大,都会引起E、r变化。4.若采用图甲电路,由于电压表的分流作用造成误差,电压值越大,电压表的分流越多,对应的I真与I测的差值越大。其U-I图像如图丙所示。结论:E测r真。
七、注意事项1.为了使电池的路端电压变化明显,应选内阻大些的电池(选用已使用过一段时间的干电池)。2.在实验中不要将I调得过大,每次读完U和I的数据后应立即断开电源,以免干电池的E和r明显变化。3.要测出多组(I,U)数据,且变化范围要大些。4.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)。但这时图线与横轴交点的横坐标值不再是短路电流,而图线与纵轴交点的纵坐标值仍为电源电动势,图线斜率的绝对值仍为内阻。
易错辨析·判一判(1)滑动变阻器的滑片初始时应放在电阻为零的地方,这样可以保护电压表。(　×　)(2)根据实验记录的数据作U-I图像时,应通过尽可能多的点画一条直线,并使不在直线上的点大致均匀对称地分布在直线两侧。(　√　)(3)测量电源电动势和内阻的实验中,当采用图乙的实验思路时,E的测量无系统误差。(　√　)
典例1.(2020山东卷)实验方案对实验测量的精度有直接的影响,某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有:干电池一节(电动势约1.5 V,内阻小于1 Ω);电压表V(量程0~3 V,内阻约3 kΩ);电流表A(量程0~0.6 A,内阻约1 Ω);滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω);定值电阻R1(阻值2 Ω);定值电阻R2(阻值5 Ω);开关一个,导线若干。
(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验,通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏,记录此过程中电压表和电流表的示数,利用实验数据在U-I坐标纸上描点,如图乙所示,结果发现电压表示数的变化范围比较小,出现该现象的主要原因是　　　　。(单选,填正确答案标号) A.电压表分流B.干电池内阻较小C.滑动变阻器最大阻值较小D.电流表内阻较小
(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题,该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案,重新测量得到的数据如下表所示。
请根据实验数据,回答以下问题:①如图丙所示的坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点,请在坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像。
②根据实验数据可知,所选的定值电阻为　　　　(填“R1”或“R2”)。 ③用笔画线代替导线,请按照改进后的方案,将下面的实物图连接成完整电路。
思维点拨 1.确定实验原理:由闭合电路的关系 E=U+Ir,得U=E-Ir,U-I图像的纵截距表示电动势E,图线斜率绝对值为电源内阻r,但是图乙中电压表示数变化过小,则原因是电源内阻偏小造成的。2.制定数据处理方案:为了减小实验误差,改进方案是通过给电源串联一个定值电阻R定,作为等效内阻r效=r+R定 ,作出U-I图像,图像斜率的绝对值为等效内阻r效=r+R定,从而求得R定。
解析 (1)根据闭合电路欧姆定律有E=U+Ir,整理可得U=-rI+E,故U-I图像斜率的绝对值表示电源内阻大小,由图乙可知电压表示数变化小,即U-I图像斜率小,原因是干电池内阻太小,故只有选项B正确。(2)先根据表格数据把各点位置在图中找出,然后采用拟合的方法用直线连接各点得到如图甲所示的图像,注意要把图像延长至坐标轴,便于求截距和斜率。
②改进实验时,为了使电压表示数变化明显,需要把一个定值电阻与电源串联,将定值电阻看成等效电源的内阻一同测量,由作出的U-I图像可得斜率约为2.6 Ω,故实验中与电源串联的电阻只能为R1。③结合解析②可知,实物图连接如图乙所示。
对点演练1.(2023江西乐平中学高三开学考试)(1)如图甲所示,螺旋测微器的读数为　　　　 mm; (2)某小组同学测定两节较新的干电池的电动势和内阻。为了减小误差,该小组同学在电池旁边串联一个定值电阻R0,已知R0=4 Ω。在下面两个电路图中　　　　(选填“乙”或“丙”)更科学。丁图是该小组同学选择正确的电路图后,作出的U-I图像,则两节干电池的电动势为　　　　 V,内阻为　　　　 Ω; 
(3)在(2)问中,乙、丙两电路图都会造成一定的实验系统误差,乙图实验电动势的测量值比真实值偏　　　　(选填“大”或“小”)。 答案 (1)0.650(2)乙　3　1(3)小
典例2.(2023安徽六安模拟)一实验小组要测量某电源的电动势和内阻。所用器材为:电压表(量程0~1 V,内阻未知),电阻箱(最大阻值9 999.9 Ω),定值电阻R01=300 Ω,定值电阻R02=3 000 Ω。先利用图甲所示电路测量电压表的内阻,再利用图乙所示电路测量电源的电动势和内阻(甲、乙两图中使用的是同一电源)。
(1)按图甲连接好电路,将电阻箱的阻值调到最大,闭合S。调节电阻箱的阻值,当电压表示数为0.5 V时,电阻箱接入电路的阻值为7 470 Ω;继续调节,当电压表示数为1 V时,电阻箱接入电路的阻值为2 985 Ω。若忽略电源内阻的影响,则电压表的内阻为　　　　 Ω,此值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。 (2)图乙电路中,用定值电阻R0扩大电压表的量程,使其接近电源电动势,则应选取　　　　(选填“R01”或“R02”)。 (3)将图乙电路中S闭合,调节电阻箱阻值R,读取电压表对应的示数U(原刻度盘没变),利用R、U数据绘制 图像如图丙所示,所得图线为直线,其纵截距为a,直线上某点的坐标为(c,b)。原电压表内阻用RV、定值电阻的阻值用R0表示,忽略改装后电压表对电路的影响,则电源电动势的测量值可表示为　　　　,内阻的测量值可表示为　　　　。 
(2)由(1)可知,电源电动势约为2.99 V,选取阻值为3 000 Ω的定值电阻R02可以将电压表量程扩大为3 V。
对点演练2.(2023湖北襄阳模拟)太阳能路灯以太阳光为能源,白天太阳能电池板给蓄电池充电,晚上蓄电池给路灯供电,某太阳能电池电动势约为3 V,短路电流约为0.15 A,为了准确地测量其电动势和内阻,可供选用的器材如下:A.电流表G:量程为0~30 mA,内阻Rg=30 ΩB.定值电阻:R0=5 ΩC.电阻箱:电阻范围0~999 Ω,允许通过最大电流0.5 AD.导线若干,开关一个