高二物理 第二章第9节 实验测定电源的电动势和内阻知识精讲 新人教版选修31.docx
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高二物理第二章第9节实验测定电源的电动势和内阻知识精讲新人教版选修31
高二物理第二章第9节实验：
测定电源的电动势和内阻知识精讲新人教版选修3-1
一、学习目标：
1、知道测量电源电动势和内阻的方法，掌握科学测量的主要步骤。
2、会用科学的方法处理实验数据，掌握公式法和图象法，了解本实验误差的主要来源及减小办法。
3、重点掌握与本部分内容相关的重要习题类型及其解法。
二、重点、难点：
重点：
对测定电源电动势与内阻实验原理的理解。
难点：
测定电源电动势和内阻的实验误差分析。
三、考点分析：
内容和要求
考点细目
出题方式
测定电源电动势与内阻的原理
测定电源电动势与内阻的实验电路及原理分析
实验、选择题
测定电源电动势与内阻的实验器材
测定电源电动势与内阻的实验步骤及注意事项
测定电源电动势与内阻的方法拓展
测定电源电动势与内阻的数据处理
公式法
实验、选择题
图象法
测定电源电动势与内阻的实验误差分析
实验偶然误差及系统误差的分析
实验、选择题
知识点一、实验原理的理解和实验器材的选择的问题：
例1：
用如图所示的电路测定一节蓄电池的电动势和内阻。
蓄电池的内阻非常小，为防止调节滑动变阻器时造成短路，电路中用了一个保护电阻R0，除蓄电池、开关、导线外，可供使用的实验器材还有：
A.电流表（量程0.6A，3A）
B.电压表（量程3V、15V）
C.定值电阻（阻值1Ω、额定功率5W）
D.定值电阻（阻值10Ω、额定功率10W）
E.滑动变阻器（阻值范围0~10Ω、额定电流2A）
F.滑动变阻器（阻值范围0~200Ω、额定电流1A）
（1）电流表和电压表各选哪个？
（2）定值电阻选用哪个？
滑动变阻器选用哪个？
说明你选择的理由。
答案：
（1）电流表：
0~3A，电压表：
0~3V
（2）定值电阻选用
，滑动变阻器选用R＝10Ω
母题迁移1.可用理想电压表、理想电流表、变阻器R以及开关S和导线等器材来测量某一电源E的电动势和内阻。
下面给出了四个电路图（如图所示），图中“＋”“－”代表电源的正、负极或电表的正、负接线柱。
正确的电路图是（）。
答案：
B
知识点二、实验操作的规范性及注意事项问题：
例2：
某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为0~20Ω，连接电路的实物图如图所示。
（1）该学生接线中错误的和不规范的做法是（）。
A.滑动变阻器不起变阻作用
B.电流表接线有错
C.电压表量程选用不当
D.电压表接线不妥
（2）在下面虚线框里画出这个实验的正确电路图。
答案：
（1）A、D
（2）这个实验正确的电路图应该如图所示。
母题迁移2.在“测定电池电动势和内阻”的实验中，正确的操作顺序是________。
A.断开开关
B.按电路图连接电路
C.移动滑动变阻器的滑动触片，使电流表有较明显的读数，记录一组电流、电压读数
D.把变阻器的滑动触片滑到一端，使电阻最大
E.闭合开关
F.再移动滑动变阻器的滑动触片，不断减小电阻，记录多组电流表、电压表读数
答案：
BDECFA
知识点三、实验数据的处理与误差分析问题：
例3：
用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r，所用电路如图（a）所示，一位同学测得的6组数据如下表所示：
组别
1
2
3
4
5
6
电流I/A
0.12
0.20
0.31
0.32
0.50
0.57
电压U/V
1.37
1.32
1.24
1.18
1.10
1.05
（1）试根据这些数据在图（b）中作出U－I图线。
（2）根据图线求出电池的电动势E＝_______V，电池的内阻r＝______Ω。
（3）若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，用公式E＝U＋Ir列方程求E和r，这样做可能得出误差很大的结果，其中选用第______组和第______组的数据，求得的E和r误差最大。
答案：
（1）如图所示
（2）1.460.72（3）34
母题迁移3.用图象法计算电动势和内阻时，先要描点，就是在U－I坐标系中描出与每组I、U值对应的点，以下说法正确的是（）
A.这些点应当准确地分布在一条直线上，即U－I图线应通过每个点
B.这些点应当基本在一条直线上，由于偶然误差不能避免，所以U－I图线不可能通过每一个点
C.画U－I图线时，应当使它通过尽可能多的描出的点
D.不在U－I图线上的点应大致均衡地分布在图线的两侧
E.个别偏离直线太远的点，应当舍去，不在U－I图线上的点应大致均衡地分布在图线的两侧
F.偏离直线的点，应当舍去
答案：
B、C、D、E
知识点四、实验原理的拓展与方法的创新：
例4：
某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。
该同学想测量一下这个电池的电动势E和内阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为999.9Ω，可当标准电阻用）、一只电流表（量程
，内阻
）和若干导线。
（1）请根据测定电动势E和内阻r的要求，设计如下图中器件的连接方式，画线把它们连接起来。
（2）接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，并作记录。
当电阻箱的阻值R＝2.6Ω时，其对应的电流表的示数如图甲所示。
处理实验数据时，首先计算出每个电流值I的倒数
，再制作
坐标图，如图乙所示，图中已标注出了
的几个与测量对应的坐标点。
请你将与图甲实验数据对应的坐标点也标注在图乙上。
（3）在图乙上把描绘出的坐标点连成图线。
（4）根据图乙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E＝_______V，内阻r＝_____Ω。
甲乙
答案：
（1）见图丙
（2）见图丁（3）见图丁（4）1.5（1.46－1.54）0.3（0.25－0.35）
丙丁
母题迁移4.有两只电压表
和
，量程已知，电阻未知。
另有一干电池，它的内阻不能忽略，但不知等于多少，其电动势数值不超出电压表的量程，干电池不许拆开。
现给你上述两只电压表、一个开关S和若干导线。
请设计一个测量上述干电池电动势E的实验方案。
（1）画出测量电路图。
（2）实验中应测定的物理量是：
______________________。
（3）以测得的物理量为已知量，导出计算干电池电动势的公式E＝________。
答案：
（1）如图所示。
（2）
（3）
测定电源的电动势和内阻是高中电学实验的重要组成部分，本部分内容学习的关键在于掌握测定电源电动势和内阻的实验原理及误差分析，特别在原理基础上的拓展迁移应做重点掌握，应通过具体的题目练习进行强化，提高解决实验题的综合能力。
一、预习新知
期中知识体系复习
二、预习点拨
探究任务一：
电场的力及能的性质：
【反思】1、电场内容涉及哪些重要的物理规律？
2、电场各部分内容之间存在什么样的联系？
探究任务二：
稳恒电流内容复习：
【反思】
1.稳恒电流部分涉及哪些重要的物理规律？
2.多用电表及测定电源电动势和内阻的实验原理是什么？
（答题时间：
45分钟）
1.若要测定电池的电动势和内阻，已有待测电池、开关和导线，再配合下列哪组仪器，可以达到实验目的（）
A.一只电流表和一个电阻箱
B.一只电流表、一只电压表和一个滑动变阻器
C.一只电压表和一个电阻箱
D.一只电流表和一个滑动变阻器
2.下列给出多种伏安法测电池的电动势和内阻的数据，处理方法既能减小偶然误差，又直观、简便的是（）
A.测出两组I、U的数据，代入方程组
和
求出E和r
B.多测几组I、U的数据，求出几组E、r的值，最后分别求出其平均值
C.测出多组I、U的数据，画出U－I图象，再根据图象求出E、r
D.多测几组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出电池内阻r
3.如图所示的图线表示某电池组的输出电压与电流的关系（U－I图线），根据图象，下列分析正确的是（）
A.电源的电动势为50V
B.电源的电动势为30V
C.电源的内阻为
D.电源的短路电流为6A
4.用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中，下列注意事项中正确的是（）
A.应选用新的干电池作为被测电源，以使电压表示数的变化比较明显
B.应选用内阻较小的电压表和电流表
C.移动滑动变阻器的滑片时，不能使滑动变阻器短路，以免造成电流过载
D.根据实验记录的数据作U－I图象时，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分布在直线两侧
5.某同学欲采用如图所示的电路完成相关实验，图中电流表
的量程为0~0.6A，内阻约为0.1Ω；电压表
的量程为0~3V，内阻约为6kΩ；
为小量程电流表；电源电动势约为3V，内阻较小，则下列电路中正确的是（）
6.利用电压表和电流表测一节干电池的电动势E和内阻r，电路如图所示，图中R1为粗调滑动变阻器，R2为微调滑动变阻器，实验得到四组数据如表中所示。
（1）表中数据经处理后，可以确定电动势E＝_______V，内阻r＝_______Ω。
（2）现有滑动变阻器：
A（10Ω1A），B（500Ω0.5A），C（500Ω0.1A）。
那么在本次实验中，滑动变阻器R1应选用_______，R2应选用_______。
（填“A”“B”或“C”）
7.
（1）如图甲、乙所示为测电流的电动势和内阻的电路，在实验时应选用_______电路。
（2）选好电路后，由于电流表和电压表内电阻对电路的影响，所测得的电动势将偏_______。
（3）根据实验测得的一系列数据，画出U－I图（如图丙所示），则被测干电池的电动势为_______V，内阻为_______Ω。
8.测量电源的电动势E和内阻r（E约为4.5V，r约为1.5Ω）。
器材：
量程3V的理想电压表V，量程0.5A的电流表A（具有一定内阻），定值电阻R＝4Ω，滑动变阻器
，开关S，导线若干。
（1）画出实验电路原理图，图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出。
（2）实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2，则可以求出E＝_______，r＝_______。
（用I1，I2，U1，U2及R表示）
9.如图所示的电路可用于测量电池E的内阻r。
电池的电动势未知，图中
是电流表，其内阻并不是很小，
为电压表，其内阻亦不是很大，R是一限流电阻，阻值未知，3个开关S1、S2、S3都处于断开状态。
（1）写出测量电池内阻的实验步骤，用适当的符号表示该步骤中应测量的物理量：
_____________________________________________________________________。
（2）用所测得的物理量表示电池内阻的表达式为r＝_____________。
10.甲同学设计了如图（a）所示的电路测电源电动势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1.5V，内阻很大），电阻箱R（0~99.99Ω），单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。
（1）先测电阻R1的阻值。
请将甲同学的操作补充完整：
闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数r和对应的电压表示数U1；保持电阻箱示数不变，_________，读出电压表的示数U2，则电阻R1的表达式为R1＝_______。
（2）甲同学已经测得电阻R1＝4.8Ω，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值。
该同学的做法是：
闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图（b）所示的
图线，则电源电动势E＝_____V，电阻R2＝_______Ω。
（3）利用甲同学设计的电路和测得的电阻R1，乙同学测电源电动势E和电阻R2的阻值的做法是：
闭合S1，将S2切换到b，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了相应的
图线，根据图线得到电源电动势E和电阻R2，这种做法与甲同学的做法比较，由于电压表测得的数据范围________（填“较大”“较小”或“相同”），所以_______同学的做法更恰当些。
1.ABC解析：
由闭合电路欧姆定律
知，A、B、C正确，D错误。
2.C解析：
A只能测量两组数据求出E、r，偶然误差较大；B中计算E、r平均值虽然能减小误差，但太繁琐；D中分别求I、U的平均值是错误的方法。
3.A解析：
由U－I图象知：
E＝50V，因坐标原点为（0，20），故I＝6A不是电池组的短路电流，
。
4.CD解析：
应选内阻大的旧电池，应用内阻大的电压表和内阻小的电流表，故A、B不正确；操作过程中不能使电路短路，作图线时应使各点尽量多地落在直线上，其他点大致均衡分布在直线两侧，故C、D正确。
5.AB解析：
伏安法测电阻要求连接电流表时采用“大内小外”的原则以保证实验精度，且一般采用测量三次计算平均值的方法，所以用限流法即可，A对。
电源内阻仅3
，较小，B对。
描绘灯泡伏安特性曲线要求电压从0开始且有足够多的数据，滑动变阻器连成分压式，C错。
半偏法测电阻电路，要求与表头并联的电阻能够精确读数，D错。
6.
（1）1.53
（2）BA解析：
根据表中数据作U－I图线，即可求得电动势和内阻；大电阻用于粗调，小电阻用于微调。
7.
（1）乙
（2）小（3）1.50.5
解析：
（1）由于电池内阻较小，与电流表内阻差不多，应选图乙可减小误差。
（2）由于电压表的分流，根据全电路欧姆定律可求得测量值E与真实值E0的关系是
（r为电池内阻，
为电压表内阻，即可得E
）。
（3）延长图线，与纵轴交点为电动势E，斜率
为内阻。
8.
（1）见解析
（2）
解析：
本题考查实验原理及数据处理。
（1）实验中，由于电流表具有一定的未知阻值的电阻，所以应将电流表内接，电路中最大电流即电流表A的量程为0.5A，电源内电压最大约为
，路端电压最小为
，而电压表量程为3V。
因此须将电阻R置于并联的测量电路外，这样电压表的电压
1.75V，小于电压表量程。
所以实验原理图为如图所示。
（2）由实验原理图可得：
，所以E＝
。
9.
（1）见解析
（2）
解析：
（1）实验步骤及应测的物理量为：
a.闭合S1，S3接1，测得电压表的读数为U0，电流表的读数为I0，设Rg为电压表的内阻，则
…①。
b.闭合S1，S3接2，测得电压表的读数U1，以E表示电池的电动势，I1表示通过电池的电流，则有E＝
…②，
…③，由①②③式得E＝
。
c.闭合S1，S2，S3接2，测得电压表的读数U2，电流表的读数I2，设通过电池的电流为I，则有
。
设通过电压表的电流为
，则有
。
（2）r＝
。
10.
（1）将S2切换到b
（2）1.43
1.2（3）较小甲
解析：
（1）将S2切换到a时，电压表示数为U1，电阻箱电阻为r，则电路中电流
；将S2切换到b时，电压表示数为U2，则电路中电流为
，由于
，解得
。
（2）由闭合电路欧姆定律得：
。
整理得：
，由题图可得
，则E
，将
，
代入得：
。
（3）由于电压表量程较小，测得数据范围较小，测量误差较大，所以甲同学的做法更恰当些。
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