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    2024年高考物理第一轮复习:创新实验课(12) 测量电源的电动势和内阻课件PPT

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    这是一份2024年高考物理第一轮复习:创新实验课(12) 测量电源的电动势和内阻课件PPT,共56页。PPT课件主要包含了实验基础知识,命题点一,实验原理与操作,命题点二,数据处理与误差分析,命题点三,创新拓展实验等内容,欢迎下载使用。

    一、实验基本技能1.实验目的(1)掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法.(2)学会用图像法求电源的电动势和内阻.
    3.实验器材电池(待测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺.4.实验步骤以方法1(伏安法)为例:(1)根据电路图甲,电流表用0.6 A的量程,电压表用3 V的量程,连接好电路,如图乙所示.
    (2)把滑动变阻器的滑片移到其接入电路阻值最大的一端.(3)闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数并记录一组数据(I1,U1).用同样的方法再测量几组I、U值,填入表格中.(4)断开开关,拆除电路,整理好器材.
    二、规律方法总结1.数据处理本实验中数据的处理方法:一是联立方程求解的公式法,二是描点画图法.
    2.误差分析(1)偶然误差①由读数不准引起的误差.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.
    3.注意事项(1)为了使电池的路端电压变化明显,应选内阻稍大些的电池(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,以免干电池在大电流放电时极化现象严重,使得E和r明显变化.(3)在画UI图线时,要使尽可能多的点落在这条直线上,不在直线上的点应对称分布在直线两侧,可舍弃个别离直线较远的点,以减小偶然误差.
    (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3 V,内阻约3 kΩ)电流表A(量程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________.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图丙中已标出后3组数据对应的坐标点,请标出前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,将实物图(图丁)连接成完整电路.
    解析:(1)电压表示数的变化范围小,原因是外电阻的阻值远大于电源内阻,选项B正确.(2)①根据数据描点并连成一条直线,如图1所示.图1
    [对点演练]1.为测定一节新干电池的电动势和内电阻(已知该干电池的内电阻相当小,额定电流为0.7 A),可供选择的器材有:A.电压表:量程3 V,内阻为10 kΩB.电压表:量程15 V,内阻为20 kΩC.电流表:量程0.8 A,内阻约为0.5 ΩD.电流表:量程3 A,内阻约为0.2 ΩE.滑动变阻器:最大电阻10 Ω,额定电流0.7 AF.滑动变阻器:最大电阻2 kΩ,额定电流2 AG.定值电阻R0=1 ΩH.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________(填字母代号).(2)图中的电路图应选择________.
    解析:(1)一节干电池的电动势约为1.5 V,则电压表选3 V的量程;应用伏安法测一节干电池电动势与内阻时,最大电流约为零点几安培,则电流表选择0.8 A的量程;为方便实验操作,滑动变阻器应选E;为了准确测量应接入定值电阻等效为电源内阻再进行测量;同时还需要开关和导线.故所用仪器为A、C、E、G、H.(2)因干电池的内电阻相当小,电压表的读数变化很小,将定值电阻与电源串联以增大等效内阻.由于电流表的内阻未知,为减小误差,应采用相对电源的外接法,故电路图应选择D项.答案:(1)ACEGH (2)D
    (2021·北京海淀区高三二模)在测量一节干电池的电动势和内阻的实验中,可选用的器材有:A.电压表V:0~3 V,内阻约3 kΩB.电流表A1:0~0.6 A,内阻约0.1 ΩC.电流表A2:0~3 A,内阻约0.01 ΩD.滑动变阻器R1:0~100 ΩE.滑动变阻器R2:0~15 ΩF.开关S和导线若干.
    (1)电流表应选用________,滑动变阻器应选用________;(选填项目前的符号)(2)用所选器材按照图1连接好电路后,将滑动变阻器滑片置于合适位置,闭合开关S,通过调整滑动变阻器,得到多组电流I和电压U.根据实验数据,绘制出如图2所示的UI图像,由图线可求出E=________V,r=________Ω;(结果均保留3位有效数字)
    (3)通过以上测量方法求得的结果会存在误差,其中由电表引起的误差不能通过多次测量取平均值的方法减小.下列说法中正确的是________.A.由于电流表的分压作用,使电动势的测量值小于真实值B.由于电流表的分压作用,使电动势的测量值大于真实值C.由于电压表的分流作用,使内阻的测量值小于真实值D.由于电压表的分流作用,使内阻的测量值大于真实值
    (3)实验电路采用的是外接法测电源电动势与内阻,由于引起误差的原因为电压表分流,当外电阻越小时,电压表分流越小,短路时,电流的测量值与真实值相等,外电阻越大时,电压表分流越大,则测量的内阻为电压表与电源真实内阻并联的值,所以内阻的测量值偏小,测量的电动势为断路时电压表两端的电压,所以测量的电动势偏小,则C正确;ABD错误.答案:(1)B E (2)1.48~1.50 0.750~0.790 (3)C
    [对点演练]2.在“测定电源的电动势和内阻”的实验中:(1)按图甲所示的实验电路,用笔画线代替导线把图乙中的实物电路连接完整.(2)图丙是根据实验数据做出的U­I图像,由图可知,电源的电动势E=________V,内阻r=________Ω.
    3.(2020·浙江卷)某同学分别用图1甲和图1乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻.(1)请画出图1乙的电路图;图1
    (2)某次测量时电流表和电压表的示数如图2所示,则电流I=________A,电压U=________V;(3)实验得到如图3所示的两条直线,图中直线Ⅰ对应电路是图1________(选填“甲”或“乙”);(4)该电池的电动势E=________V(保留三位有效数字),内阻r=________Ω(保留两位有效数字).
    解析:(1)如图所示.(2)测电池的电动势和内阻所用电流表量程为0~0.6 A,电压表量程为0~3 V,则两表示数分别为0.40 A(0.39 A~0.41 A都正确)、1.30 V(1.29 V~1.31 V均正确).(3)由E=U+Ir,得U=-rI+E,即Ⅰ、Ⅱ两图线的斜率绝对值表示电源内阻,且rⅡ>rⅠ.图甲中由于电流表的分压作用,所测电阻为电源内阻与电流表电阻的和,r甲测>r;图乙中由于电压表的分流作用,所测电阻为电源内阻与电压表电阻的并联值,r乙测(4)由图像可知,电源内阻较小,测一节干电池的电动势与内阻应采用乙电路,将直线Ⅰ延长,与纵轴的截距表示电动势,E=1.52 V(1.51 V~1.54 V均正确);从直线Ⅰ上取两点代入E=U+Ir,或利用图线的斜率可得电池内阻r=0.53 Ω(0.52 Ω~0.54 Ω均正确).答案:(1)如解析图所示 (2)0.40(0.39~0.41均正确) 1.30(1.29~1.31均正确) (3)乙 (4)1.52(1.51~1.54均正确) 0.53(0.52~0.54均正确)
    (2021·湖南卷)某实验小组需测定电池的电动势和内阻,器材有:一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0,并配有可在电阻上移动的金属夹)、导线若干.由于缺少刻度尺,无法测量电阻丝长度,但发现桌上有一个圆形时钟表盘.某同学提出将电阻丝绕在该表盘上,利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度.主要实验步骤如下:(1)将器材如图(a)连接:
    (2)开关闭合前,金属夹应夹在电阻丝的________端(填“a”或“b”);(3)改变金属夹的位置,闭合开关,记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I,得到多组数据;(4)整理数据并在坐标纸上描点绘图,所得图像如图(b)所示,图线斜率为k,纵轴截距为d,设单位角度对应电阻丝的阻值为r0.该电池电动势和内阻可表示为E=________,r=________;(用R0、RA、k、d、r0表示)(5)为进一步确定结果,还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0,利用现有器材设计实验,在图(c)方框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示);(6)利用测出的r0,可得该电池的电动势和内阻.
    (5)实验器材中有定值电阻R0和单刀双掷开关,考虑使用等效法测量电阻丝的电阻值,如图所示:原理的简单说明:①先将单刀双掷开关接1,读出电流表示数I0;②然后将单刀双掷开关接2,调节电阻丝接入电路的角度,直到电流表示数为I0,读出此时角度θ;③此时θr0=R0,即可求得r0的数值.
    [对点演练]4.(实验器材的创新)某课外活动小组利用铜片、锌片和橙汁制作了橙汁电池,并利用所学知识设计电路测量该电池的电动势E和内阻r.他们在一个玻璃器皿中放入橙汁,在橙汁中相隔一定距离插入铜片和锌片作为橙汁电池的正、负极.使用的器材有:A.毫安表(量程0~3 mA,内阻未知)B.滑动变阻器R1(最大阻值为500 Ω)C.电阻箱R2(阻值范围为0~999.9 Ω)D.开关和导线若干
    该小组成员分析发现,由于毫安表的内阻未知,所以无法直接测量该橙汁电池的电动势和内阻,经过思考后,该小组设计了如图甲所示的电路,先测出该毫安表的内阻Rg、再测量橙汁电池的电动势E和内阻r.(1)请按照图甲所示的电路图,用笔画线代替导线,将图乙实物图中的滑动变阻器接入电路,要求当滑动变阻器的滑片滑到最右端时.滑动变阻器接入电路的阻值最大.
    (2)该小组连接好电路后,首先对毫安表的内阻Rg进行测量,请完善测量步骤.①将滑动变阻器R1的滑片滑至最右端,断开开关S2,闭合开关S1;②滑动滑动变阻器R1的滑片,使毫安表的指针达到满偏;③保持________________________不变,闭合开关S2,调节电阻箱R2的阻值,使毫安表的示数达到满偏电流的一半;④读出此时电阻箱R2的示数,即可求得毫安表的内阻Rg.(3)该小组发现,当毫安表的电流达到满偏电流的一半时,电阻箱的示数为50.0 Ω,则毫安表的内阻Rg=________Ω,用此种方法测得的毫安表的内阻与其真实值相比,测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)真实值.
    解析:(1)由于要求当滑动变阻器的滑片滑到最右端时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,故滑动变阻器的接法如图所示.
    (1)小华同学设计了如图所示的电路,若将电流表A与电阻Rx串联后当作电压表使用,为了减小实验误差同时方便读数与计算,电路中的电阻Rx应选用________,电阻Ry应选用________(填“R1”“R2”“R3”或“R4”).
    解析:(1)根据电压表的改装原理,选定值电阻R1=2900 Ω,则有U1=Ig(rA+R1)=1×10-3×(100+2900)=3 V选定值电阻R2=1900 Ω,则有U2=Ig(rA+R2)=1×10-3×(100+1900)=2 V选定值电阻R3=1800 Ω,则有U1=Ig(rA+R1)=1×10-3×(100+1800)=1.9 V所以为了减小实验误差同时方便读数与计算,电路中的电阻Rx应选用R2.由于电源的内阻较小,测量时电压表的读数变化不明显,则需要略微增大电源的内阻,所以电路中电阻Ry应选用R4.
    答案:(1)R2 R4 (2)1.54 0.501
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