高考物理人教山东一轮复习汇总实验测定电源的电动势和内阻共张讲解.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,对应演练,高考物理人教山东一轮复习汇总实验测定电源的电动势和内阻共张讲解,-,2,-,一、实验目的,测定电源的电动势和内阻。,二、实验原理,三、实验器材,电池,(,被测电源,),、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔。,实验方法一,伏安法,-,3,-,四、实验步骤,1,.,按实验电路图所示连接电路。,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。,五、数据处理,方法一,:,列方程组求解电动势和内阻的大小,根据以上三组方程分别求出,E,、,r,再取其平均值作为电源的电动势,E,和内阻,r,。,-,4,-,方法二,:,用作图法处理数据,如图所示,。,(1),图线与纵轴交点为,E,;,-,5,-,六、误差分析,1,.,偶然误差,(1),电表读数不准引起误差。,(2),图象法求,E,和,r,时作图不准确。,2,.,系统误差,(1),若采取电流表外接法,由于电压表分流造成电动势和内阻的测量值均偏小。,(2),若采取电流表内接法,由于电流表分压,造成内阻的测量值偏大。,-,6,-,七、注意事项,1,.,选用旧电池,:,为了使电路的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已使用过一段时间的电池。,2,.,电流不要过大,读数要快,:,干电池在大电流放电时,电动势,E,会明显下降,内阻,r,会明显增大。因此,实验中不要将,I,调得过大,读电表要快,每次读完立即断电。,3,.,逐差法求,E,、,r,:,要测出不少于,6,组,I,、,U,数据,且变化范围要大些,用方程组求解时,要将测出的,I,、,U,数据中,第,1,和第,4,为一组、第,2,和第,5,为一组、第,3,和第,6,为一组,分别解出,E,、,r,值再求平均值。,-,7,-,4,.,合理选择标度,:,为使图线分布空间大,如图所示,纵坐标可以不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电流,电源的内阻,不能,-,8,-,实验方法二,安阻法,实验原理,用一个电流表和电阻箱测量,电路如图所示,测量原理为,:,E=I,1,(,R,1,+r,),E=I,2,(,R,2,+r,),由此可求出,E,和,r,此种方法使测得的电动势无偏差,内阻偏大。若已知电流表,A,的阻值可消除测内阻的系统误差。,-,9,-,实验方法三,伏阻法,一、实验,原理,用一个电压表和电阻箱测量,电路如图所示,测量原理为,:,由此可求出,r,和,E,此种方法测得的电动势和内阻均偏小。,-,10,-,二、图象法处理数据,如图所,示,-,11,-,命题点一,命题点二,命题点三,实验原理与操作,典,例,1,(2016,四川卷改编,),用,如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材,:,待测电源,(,电动势约,3 V,内阻约,2,),保护电阻,R,1,(,阻值,10,),和,R,2,(,阻值,1,),滑动变阻器,R,电流表,A,电压表,V,开关,S,导线若干。,-,12,-,命题点一,命题点二,命题点三,实验主要步骤,:,(,),将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大,闭合开关,;,(,),逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值,记下电压表的示数,U,和相应电流表的示数,I,;,(,),以,U,为纵坐标,I,为横坐标,作,U,-,I,图线,(,U,、,I,都用国际单位,);,(,),求出,U,-,I,图线斜率的绝对值,k,和在横轴上的截距,a,。,回答下列问题,:,(1),电压表最好选用,;,电流表最好选用,。,A.,电压表,(0,3 V,内阻约,15 k,),B.,电压表,(0,3 V,内阻约,3 k,),C.,电流表,(,0,250,mA,内阻约,2,),D.,电流表,(0,30 mA,内阻约,2,),-,13,-,命题点一,命题点二,命题点三,(2),滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示数增大,两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是,。,A.,两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱,B.,两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱,C.,一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱,另一条导线接在电阻丝左端接线柱,D.,一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱,另一条导线接在电阻丝右端接线柱,(3),选用,k,、,a,、,R,1,和,R,2,表示待测电源的电动势,E,和内阻,r,的表达式,E=,r=,。代入数值可得,E,和,r,的测量值。,-,14,-,命题点一,命题点二,命题点三,(4),如果调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下,:,请根据表中的数据,在图中的方格纸上作出,U,-,I,图线,。,由图线求得,:,电动势,E=,V;,内阻,r=,。,(5),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,。,-,15,-,命题点一,命题点二,命题点三,答案,:,(1)A,C,(2)C,(3),ka,k-R,2,(,4),图线见解析,1,.,61,0,.,24,(5),会引起电动势和电阻变化,解析,:,(1),因电源电动势为,3,V,且电压表内阻越大,系统误差越小,所以电压表选,A;,通过电流表的最大电流约,为,=,176,.,5,mA,所以电流表选,C;(2),滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示数增大,说明滑动变阻器连入电路的电阻丝长度在增长,故滑片,P,左侧电阻丝连入电路,所以一条导线接在电阻丝左端接线柱,另一条导线接在滑动变阻器金属杆两端中的任意一端接线柱都可,选项,C,正确,;(3),由闭合电路欧姆定律,E=U+I,(,r+R,2,),可得,U=E-I,(,r+R,2,),由题意,U=,0,时,I=a,且,r+R,2,=k,所以得,E=ka,;,r=k-R,2,。,-,16,-,命题点一,命题点二,命题点三,(4),坐标系选择合适的标度,根据表中数据描点作出的,U,-,I,图线如图所示,。,图线与纵轴交点为,1,.,61,V,故,E=,1,.,61,V,由图线的,斜率,=,1,.,24,知,电池内阻为,0,.,24,。注意此处不要用图象与纵轴交点值除以与横轴交点值,;(5),长时间保持电路闭合,电池会发热,电池内阻会发生变化,干电池长时间放电,也会引起电动势变化,导致实验误差增大。,-,17,-,命题点一,命题点二,命题点三,思维点拨,此实验是教材上的测量电源的电动势和内阻实验的改进实验,;,与教材实验不同的地方就是加了两个保护电阻,;,仪器的选择要考虑实验的误差因素,比如此实验产生误差的是电压表的分流作用,故选择电压表时要尽量用内阻较大的电压表。,-,18,-,命题点一,命题点二,命题点三,对于大纲要求的实验,首先要把实验的原理、目的、实验步骤、数据处理的基本方法等要记住、记准,在此基础上学会质疑,要明确本实验的系统误差是由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。,(1),如图甲所示,在理论上,E=U+,(,I,V,+I,A,),r,其中电压表示数,U,是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流,I,V,而形成误差,而且电压表示数越大,I,V,越大。当电压表示数为零时,I,V,=,0,I,A,=I,短,短路电流测量值,=,真实值。如图乙所示,可知,E,测,E,真,r,测,r,真,。,-,20,-,命题点一,命题点二,命题点三,数据处理与误差分析,数形结合型,“,巧,”,变公式找函数,1,.,高考物理考查学生应用数学知识的能力,在实验中体现在实验数据的处理上,通常利用相关实验的原理公式进行巧妙变形,变成和图象信息一致的函数形式,根据图象的斜率、截距结合函数关系式得出所需的数据。在前面所学的三种,(,伏安法、安阻法、伏阻法,),等测量电源电动势和内电阻的实验方法中,要紧扣闭合电路欧姆定律,E=U+Ir,重点进行数学公式的变形,变形为,y=kx+b,的形式对应图象中的各物理量,。,-,21,-,命题点一,命题点二,命题点三,2,.,测量电源的电动势和内阻的方法很多,任何一种实验方法一定而最关键的是看电路中如何测量出路端电压,U,和电路中的总电流,I,这也是命题人命题时的入手点。,(1),列表法,:,把被测物理量分类列表表示出来,表中对各物理量的排列习惯上是先记录原始数据,后计算结果。列表法可大体反映某些因素对结果的影响,常用作其他数据处理方法的一种辅助手段。,(2),图象法,:,把实验测得的量按自变量和因变量的函数关系用图象直观地显示出来。根据实验数据在坐标纸上画出图象,若是反比关系一般改画成正比图线,同时注意图象斜率、图象在坐标轴上截距的物理意义。,-,22,-,命题点一,命题点二,命题点三,典例,2,(2018,湖北,八市联,考,),实验室中,甲和乙两位同学先后用同一套实验仪器来测量某电子产品所用电池的电动势和内阻,其中,R,、,R,0,分别是电阻箱和定值电阻,实验时甲、乙分别设计了如图,(a),和,(b),所示的两个电路,改变,R,的阻值以及对应电压表的示数,U,。实验做完后两同学发现当时没有记下,R,0,的阻值,只能根据实验记录的数据作出关系图象如图,(c),和,(d),。,-,23,-,命题点一,命题点二,命题点三,-,24,-,命题点一,命题点二,命题点三,(1),可以判断图线,(c),是利用图,填,“(a)”,或,“(b)”,中的实验数据描绘的,;,(2),甲同学得到的图线横截距为,-,3,.,0,纵截距为,0,.,30,乙同学得到的图线横截距为,-,0,.,33,纵截距为,0,.,25,则该电池的电动势为,E=,V,内阻,r=,定值电阻,R,0,=,。,(,计算结果均保留两位有效数字,),-,25,-,命题点一,命题点二,命题点三,答案,:,(1)(a),(2)4,.,0,0,.,50,2,.,5,解析,:,(1),先观察图,(c),发现,R=,0,时,增大,即电压表示数减小,显然,(a),图电压表示数会随着,R,的增大而减小,(b),图中电压表示数会随着,R,的增大而增大,故可以判断图,(c),中图线是利用图,(a),的实验数据描绘的,;,-,26,-,命题点一,命题点二,命题点三,-,27,-,命题点一,命题点二,命题点三,创新实验问题,原理的创新,测电源电动势和内阻的实验的实验原理是闭合电路欧姆定律,但实验方案灵活多变,数据处理方法不断翻新,特别是利用图象法求解电源电动势和内阻,更是花样百出,除了前面提到的三种方法外还常有以下创新,:,(1),实验器材创新,:,如采用传感器等。,(2),实验仪器及设计以,“,伏伏法,”,代替,“,伏安法,”,。实验数据处理以,U,-,U,图象代替,U,-,I,图象。等等。,-,28,-,命题点一,命题点二,命题点三,典例,3,在,“,测定电源电动势和内阻,”,的实验中,实验室仅提供下列实验器材,:,A,.,两节旧干电池,每节电动势约,1,.,5 V,B,.,直流电压表,V,1,、,V,2,量程均为,0,3 V,内阻约,3 k,C,.,电流表,量程,0,0,.,6 A,内阻小于,1,D,.,定值电阻,R,0,阻值,2,E,.,滑动变阻器,R,最大阻值,15,F,.,开关和导线若干,-,29,-,命题点一,命题点二,命题点三,(1),请根据如图甲所示的实物图,在图乙虚线框中画出对应的电路图,。,(2),根据图甲电路进行实验,测得多组,U,、,I,数据,作出,U,-,I,图象,求出电动势和内阻的值均小于真实值,其产生误差的原因是,。,-,30,-,命题点一,命题点二,命题点三,(3),实验过程中,由于电流表发生了故障,某同学又设计了如图丙所示的电路测定电源的电动势和内阻,实验中移动滑动变阻器触头,记录,U,1,和,U,2,的值如下表所示,用测出的数据在图丁中绘出,U,2,-,U,1,图线。,-,31,-,命题点一,命题点二,命题点三,(4),由图线可得被测电池组的电动势,E=,V,内阻,r=,。,(,结果保留两位有效数字,),-,32,-,命题点一,命题点二,命题点三,答案,:,见解析,解析,:,(1),如图所示,。,(2),电流表不是测得流过电池电路中的电流,原因是电压表的分流造成的,。,-,33,-,命题点一,命题点二,命题点三,-,34,-,1,.,(2018,广东珠海,3,月质量检测,),某学习小组用如图所示的电路测量电源的电动势和内阻,待测电池的电动势约为,9 V,变阻箱的量程为,0,9 999,理想电压表的量程为,3 V,定值电阻,R,0,=,10,.,0,。,-,35,-,(1),图中电路不完整,应用导线将电压表正极与,(,填,“,a,”,或,“,b,”),连接。,(2),实验时,应先将电阻箱的电阻调到,(,填,“,最大,”,或,“,最小,”),。,(3),若将实验记录的电阻箱阻值,R,与对应的电压表读数,U,记录于表格,然后在平面直角坐标系内,以,为,纵坐标,R,为横坐标,作出一条平滑直线,请用该直线的斜率,k,、纵轴截距,b,和定值电阻,R,0,表达出电源电动势,E,和内电阻,r,的计算式,:,E=,、,r=,。,(,两空均用字母表示,),-,36,-,-,37,-,2,.,(2018,惠州,4,月,模拟,),用直流电源,(,内阻可忽略不计,),、电阻箱、定值电阻,R,0,(,阻值为,2,.,0 k,),、开关和若干导线,连接成如图甲所示的电路来测量电压表,V(,量程,3 V),的内阻,R,V,。闭合开关,S,适当调节电阻箱的阻值,R,读出电压表的示数,U,获得多组数据。,-,38,-,(1),此实验时电阻箱的读数如图乙所示,其值为,。,(2),根据测得的数据画出如图丙所示,的,-,R,关系图线,由图象上的数据可计算得到纵轴截距与图线斜率的比值为,进而求得电压表的内阻,R,V,=,k,。,(,计算结果均保留两位有效数字,),(3),若电源内阻不可忽略,用此法测得的,R,V,(,填,“,偏大,”,或,“,偏小,”),。,(4),定值电阻,R,0,的作用是,。,-,39,-,答案,:,(1)6 500,(2)9,.,0 k,7,.,0,(3),偏大,(4),保护电压表,解析,:,(1),由图示电阻箱可知,其示数为,:0,100,k,+,0,10,k,+,6,1,k,+,5,100,+,0,10,+,0,1,=,6,500,;,-,40,-,-,41,-,3,.,(2018,陕西八校联考,),在,“,测定一节干电池电动势和内阻,”,的实验中,:,(1),第一组同学利用如图,a,所示的实验装置测量,电压表应选择量程,(,选填,“3 V”,或,“15 V”),实验后得到了如图,b,所示的,U,-,I,图象,则电池内阻为,。,(,电压表、电流表均为理想电表,),-,42,-,(2),第二组同学也利用图,a,所示的实验装置测量另一节干电池,初始时滑片,P,在最右端,但由于滑动变阻器某处发生断路,合上开关后发现滑片,P,向左滑过一段距离,x,后电流表有读数,于是该组同学分别作出了电压表读数,U,与,x,、电流表读数,I,与,x,的关系图象,如图,c,所示,则根据图象可知,电池的电动势为,V,内阻为,。,-,43,-,答案,:,(1)3 V,1,.,5,(2)1,.,5,1,解析,:,(1),因测一节干电池的电动势,(1,.,5,V),故电压表选择量程,3,V;,由,U,-,I,图象可读出电动势为,1,.,45,V,由,E=U+Ir,可,得,(,2),由图,c,可知当,I,1,=,0,.,15,A,时,U,1,=,1,.,35,V,当,I,2,=,0,.,30,A,时,U,2,=,1,.,20,V,。根据,U=E-Ir,可得,1,.,35,V,=E-,0,.,15,A,r,1,.,20,V,=E-,0,.,30,A,r,。解得,E=,1,.,5,V,r=,1,。,-,44,-,4,.,(2018,陕西宝鸡质量检测,),某实验小组的同学在实验室发现了一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝,于是设计了如图甲所示的电路进行了实验探究,其中,MN,为电阻丝,R,0,是阻值为,1,.,0,的定值电阻,实验中调节滑动变阻器的滑片,P,记录电压表示数,U,电流表示数,I,以及对应的,PN,长度,x,绘制了,U,-,I,图线如图乙所示。,-,45,-,-,46,-,(1),由图乙求得电池的电动势,E=,V,内阻,r=,。,(2),实验中由于电表内阻的影响,电动势测量值,真实值,(,选填,“,大于,”“,等于,”,或,“,小于,”),。,(3),根据实验数据可绘出图象,如图丙所示。图象斜率为,k,电阻丝横截面积为,S,可求得电阻丝的电阻率,=,电表内阻对电阻率的测量,(,选填,“,有,”,或,“,没有,”),影响。,-,47,-,答案,:,(1)1,.,49,0,.,45,(2),小于,(3),kS,没有,解析,:,(1),由闭合电路欧姆定律可知,:,U=E-I,(,r+R,0,),则,可知,图乙中的图象与纵坐标间的交点表示,电,动,势,故,E=,1,.,49,V;,图象的斜率表示内电阻,则,r+R,0,=,1,.,45,解得,:,r=,(1,.,45,-,1,.,0),=,0,.,45,;(2,),由,图示可知,伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法,由于电压表分流作用,电流表测量,值偏小,当外电路短路时,电流测量值等于真实值,电源的,U,-,I,图象如图所示,由图象可知,电动势测量值小于真实值,电源内阻测量值小于真实值,;(3),根据欧姆定律可知,电阻,解得,:,=kS,若考虑电阻内阻,则图象的斜率不变,所以得出的电阻率没有影响。,