2020年高考物理一輪復習 第9章 恒定電流 實驗專題(十一)第44講 測定電源的電動勢和內(nèi)阻學案(含解析).doc
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第44講 測定電源的電動勢和內(nèi)阻 一、實驗目的 1.進一步理解閉合電路歐姆定律,掌握用電壓表和電流表測量電源電動勢和內(nèi)阻的方法。 2.掌握用圖象法求電動勢和內(nèi)阻的方法;理解并掌握路端電壓U與干路電流I的關系圖象(即UI圖象)與縱、橫坐標軸交點坐標的意義以及圖象斜率的意義。 二、實驗器材 電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關、導線、坐標紙、刻度尺、鉛筆等。 考點一 實驗原理與操作 1.實驗原理 (1)實驗依據(jù):閉合電路歐姆定律。 (2)實驗電路:如圖1所示。 (3)E和r的求解 ①由U=E-Ir,得, 解得。 ②作圖法處理數(shù)據(jù):如圖2所示,由U=E-Ir,得:圖象與縱軸交點的縱坐標值為E,圖線斜率絕對值為r。 2.實驗操作 (1)連接電路 電流表用0.6 A量程,電壓表用3 V量程,按圖1連接好電路。 (2)測量與記錄 ①把滑動變阻器的滑片移動到使接入電路的阻值最大的一端。 ②閉合開關,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1、U1)。用同樣方法測量幾組I、U值。填入表格。 ③斷開開關、拆除電路、整理器材。 (2018廣州高中畢業(yè)班綜合測試一)圖a為某同學測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻的電路圖。 (1)虛線框內(nèi)是用毫安表改裝成電流表的電路。已知毫安表表頭的內(nèi)阻為10 Ω,滿偏電流為100 mA,電阻R1=2.5 Ω,由此可知,改裝后電流表的量程為________ A。 (2)實驗步驟如下,請完成相應的填空: ①將滑動變阻器R的滑片移到________端(選填“A”或“B”),閉合開關S; ②多次調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,記下電壓表的示數(shù)U和毫安表的示數(shù)I;某次測量時毫安表的示數(shù)如圖b所示,其讀數(shù)為________ mA。 ③以U為縱坐標,I為橫坐標,作UI圖線,如圖c所示; ④根據(jù)圖線求得電源的電動勢E=________ V,內(nèi)阻 r=________ Ω。(結果均保留到小數(shù)點后兩位) 解析 (1)根據(jù)電流表改裝原理,改裝后的量程I=I表+I1=I表+,代入數(shù)據(jù)得I=0.5 A。 (2)①為保護電路,滑動變阻器為限流式接法時,閉合開關前,電阻應調(diào)至最大,故滑片應移到B端。②毫安表的最小刻度為2 mA,故讀數(shù)為68 mA。④UI圖象縱軸的截距表示電源電動勢,故由圖可知E=1.48 V(1.47~1.49 V之間均可),由于橫軸與縱軸的交點處,縱坐標不為0,故不能用縱截距與橫軸截距之比求內(nèi)阻。電流表的電阻RA==2 Ω,由E=U+5I(r+RA),r+RA==2.45 Ω,r=0.45 Ω(0.43~0.48 Ω均可)。 答案 (1)0.5 (2)①B ②68?、?.48(1.47~1.49之間均可) 0.45(0.43~0.48之間均可) 方法感悟 (1)畫UI圖象時,為使圖線盡量充滿整個坐標空間,縱軸可不自零開始,并選取合適標度。 (2)若電流表或電壓表內(nèi)阻已知,處理問題時可將其看做一電阻。 在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中,所用電流表和電壓表的內(nèi)阻分別為0.1 Ω和1 kΩ,圖中為實驗原理圖及所需元件圖。 (1)在圖中畫出連線將元件按原理圖連接成實驗電路。 (2)一位同學記錄的6組數(shù)據(jù)見下表,試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖中畫出UI圖象,根據(jù)圖象讀出電池的電動勢E=________ V,根據(jù)圖象求出電池內(nèi)阻r=________ Ω。 答案 (1)如圖甲所示 (2)UI圖象如圖乙所示 1.46(1.45~1.47) 0.72 解析 (1)按照實驗原理圖將實物圖連接起來,如答圖甲所示。 (2)按U、I數(shù)據(jù),在方格紙UI坐標上找點描跡,如答圖乙所示。然后將直線延長,交U軸于U1=1.46 V,此即為電源電動勢;交I軸于I=0.64 A,注意此時U2=1.00 V,由閉合電路歐姆定律得I=,則r== Ω≈0.72 Ω。 考點二 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 1.數(shù)據(jù)處理 方法一:列方程組求解電動勢和內(nèi)阻的大小 ①?、凇、? 根據(jù)以上三組方程分別求出E、r,再取其平均值作為電源的電動勢E和內(nèi)阻r。 方法二:用圖象法處理數(shù)據(jù) 在坐標紙上以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立UI坐標系,在坐標平面內(nèi)描出各組(I,U)值所對應的點,然后盡量多地通過這些點作一條直線,不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側,則直線與縱軸交點的縱坐標值即是電源電動勢的大小(一次函數(shù)的縱軸截距),直線斜率的絕對值即為電源的內(nèi)阻r,即r==。 2.誤差分析 (1)偶然誤差:讀數(shù)不準引起誤差;用圖象法求E和r時,由于作圖不準確造成誤差。 (2)系統(tǒng)誤差:用伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻的方法很簡單,但系統(tǒng)誤差較大,這主要是由于電壓表和電流表內(nèi)阻對測量結果的影響而造成的。用這種方法測電動勢可供選擇的電路有兩種,如圖甲、乙所示。 ①若采用甲圖電路,由于電壓表的分流作用造成誤差,電壓值越大,電壓表的分流越多,對應的I真與I測的差越大。其UI圖象如圖丁所示。 結論:E測- 配套講稿:
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