高三物理测电源电动势和内阻实验.doc

专题测量电源电动势和内阻实验基本方法1、伏安法测电动势和内阻例：【2014北京卷】利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。（1）应该选择的实验电路是图中的_（选项“甲”或“乙”）。 （2）现有电流表（00.6A），开关和导线若干，以及以下器材：A.电压表（015V）B.电压表（03V）C.滑动变阻器（050）D.滑动变阻器（0500）学科网实验中电压表应选用_，滑动变阻器应选用_（选填相应器材前的字母）。（3）某同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，学科网并画出U-I图线。 （4）根据（3）中所画图线可得出干电池的电动势E=_V，内电阻r=_学科网。（5）实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U以及干电池的输出功率P都会发生变化，图3的各示意图中正确反映PU关系的是_学科网 2、安阻法例【2015安徽21II】某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材，一个满偏电流为100A，内阻为2500的表头，一个开关，两个电阻箱（）和若干导线；（1）由于表头量程偏小，该同学首先需要将表头改装成量程为50mA的电流表，则应将表头与电阻箱_（填“串联”或者“并联”），并将电阻箱阻值调为_。（2）接着该同学用改装的电流表对电池的电动势和内阻进行测量，实验电路图如图1所示，通过改变电阻R测相应的电流I，并且作相关计算后一并记录如下表 根据表中的数据，图2中已描绘出四个点，请将第5、6两组数据也描绘在图2中，并画出图线 根据图线可得电池的电动势E是_V，内阻r是_。 3、伏阻法例：某同学用如图10所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r，R为电阻箱。干电池的工作电流不宜超过0.5 A。实验室提供的器材如下：电压表(量程03 V，内阻约3 k)；电阻箱(阻值范围0999.9 )；开关、导线若干。图10(1)请根据图10的电路图在图11中画出连线，将器材连接成实验电路。(2)实验时，改变电阻箱R的值，记录电压表的示数U，得到若干组R、U的数据。图11根据实验数据绘出如图12所示的U(1)R(1)图线。由图象得出电池组的电动势E_V，内阻r_。图12(3)关于这个实验中存在的误差以及减小误差的各种方法，下列说法正确的是( )A电压表的分流作用引起的误差属于偶然误差B该同学读电压表读数引起的误差属于系统误差C本实验用图象法处理数据可以减小偶然误差D如果将电压表的内阻计算在内就可以减小系统误差4、 大内阻水果电池内阻测定例：测量“水果电池”的电动势和内电阻的实验中，将一铜片和一锌片分别插入同一只苹果内，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约为1.5V，可是这种电池并不能点亮额定电压为1.5V，额定电流为0.3A的手电筒上的小灯泡。原因是流过小灯泡的电流太小了，经实验测定电流约为3mA。现有下列器材：待测“水果电池”电流表：满偏电流3mA，电阻约10电压表：量程01.5V，电阻约1000滑动变阻器R1：030滑动变阻器R2：030k开关、导线等实验器材小题1:本实验选用上面所示的实验原理图，应该选用哪种规格的滑动变阻器？。（填写仪器代号）小题2:在实验中根据电压表的示数U与电流表的示数I的值，得到UI图象如上图所示，根据图中所给数据，则“水果电池”的电动势EV，内电阻r。小题3:若不计测量中的偶然误差，用这种方法测量得出的电动势和内电阻的值与真实值相比较，电动势E（选填“偏大”或“相等”或“偏小”），内电阻r（选填“偏大”或“相等”或“偏小”）。二、考点专项训练考点一 实验原理与操作1下列给出多种用伏安法测定电源电动势和内阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是( )A测出两组I、U的数据，代入方程组EU1I1r和EU2I2r，求出E和rB多测几组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值C测出多组I、U的数据，画出UI图象，再根据图象求出E、rD测出多组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内电阻r2.某课外小组在参观工厂时，看到一丢弃不用的电池，同学们想用物理上学到的知识来测定这个电池的电动势和内阻，已知这个电池的电动势约为1113V，内阻小于3，由于直流电压表量程只有3V，需要将这只电压表通过连接一固定电阻(用电阻箱代替)，改装为量程为15V的电压表，然后再用伏安法测电池的电动势和内阻，以下是他们的实验操作过程：(1)把电压表量程扩大，实验电路如图3甲所示，实验步骤如下，完成填空第一步：按电路图连接实物第二步：把滑动变阻器滑片移到最右端，把电阻箱阻值调到零第三步：闭合开关，把滑动变阻器滑片调到适当位置，使电压表读数为3V第四步：把电阻箱阻值调到适当值，使电压表读数为_V第五步：不再改变电阻箱阻值，保持电压表和电阻箱串联，撤去其他线路，即得量程为15V的电压表 图3(2)实验可供选择的器材有：A电压表(量程为3V，内阻约2k)B电流表(量程为3A，内阻约0.1)C电阻箱(阻值范围09999)D电阻箱(阻值范围0999)E滑动变阻器(阻值为020，额定电流2A)F滑动变阻器(阻值为020k，额定电流0.2A)电阻箱应选_，滑动变阻器应选_(3)用该扩大了量程的电压表(电压表的表盘没变)，测电池电动势E和内阻r，实验电路如图乙所示，得到多组电压U和电流I的值，并作出UI图线如图丙所示，可知电池的电动势为_V，内阻为_.考点二 数据处理与图象应用1采用如图6所示的电路“测定电池的电动势和内阻” 图6(1)除了选用图7中的部分器材外，_(填选项)图7A还需要电压表B还需要电流表C还需要学生电源D不再需要其他器材(2)测量所得数据如下： 次数物理量123456R/1.21.00.80.60.4来源:学科网ZXXK0.2I/A0.600.700.800.891.001.20U/V0.900.780.740.670.620.43用作图法求得电池的内阻r_；(3)根据第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻RA_.2.某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池，他们测量这种电池的电动势E和内阻r，并探究电极间距对E和r的影响实验器材如图8所示 图8(1)测量E和r的实验方案为：调节滑动变阻器，改变电源两端的电压U和流过电源的电流I，依据公式_，利用测量数据作出UI图象，得出E和r.(2)将电压表视为理想表，要求避免电流表分压作用对测量结果的影响，请在图8中用笔画线代替导线连接电路(3)实验中依次减小铜片与锌片的间距，分别得到相应果汁电池的UI图象如图9中(a)、(b)、(c)、(d)所示，由此可知：在该实验中，随电极间距的减小，电源电动势_(填“增大”、“减小”或“不变”)，电源内阻_(填“增大”、“减小”或“不变”) 图9考点三 实验拓展与创新1在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：A干电池E(电动势约为1.5V、内阻约为1.0)B电压表V(015V)C电流表A(00.6A、内阻0.1)D电流表G(满偏电流3mA、内阻Rg10)E滑动变阻器R1(010、10A)F滑动变阻器R2(0100、1A)G定值电阻R3990H开关、导线若干(1)为了方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是_(选填“R1”或“R2”)；(2)请在方框内画出你所设计的实验电路图，并在图中标上所选用器材的符号；来源:学科网(3)如图16所示为某一同学根据他设计的实验，绘出的I1I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，由图线可求得被测电池的电动势E_V，内阻r_. 图162.某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻，考虑到水果电池组的内阻较大，为了提高实验的精确度，需要测量电压表的内阻实验器材中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表，该同学便充分利用这块电压表，设计了如图17所示的实验电路，既能实现对该电压表的内阻的测量，又能利用该表完成水果电池组电动势和内阻的测量，他用到的实验器材有： 图17待测水果电池组(电动势约4V，内阻约50)、双向电压表(量程为2V，内阻约为2k)、电阻箱(09999)、滑动变阻器(0200)，一个单刀双掷开关及若干导线(1)该同学按如图17所示电路图连线后，首先测出了电压表的内阻请完善测量电压表内阻的实验步骤：将R1的滑动触头滑至最左端，将S拨向1位置，将电阻箱阻值调为0；调节R1的滑动触头，使电压表示数达到满偏；保持_不变，调节R2，使电压表的示数达到_；读出电阻箱的阻值，记为R2，则电压表的内阻RV_.(2)若测得电压表内阻为2k，可分析此测量值应_真实值(填“大于”、“等于”或“小于”)(3)接下来测量水果电池组的电动势和内阻，实验步骤如下：将开关S拨至_(填“1”或“2”)位置，将R1的滑动触片移到最_端，不再移动；调节电阻箱的阻值，使电压表的示数达到一个合适值，记录下电压表的示数和电阻箱的阻值；重复步骤，记录多组电压表的示数及对应的电阻箱的阻值 图18(4)若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为R，作出U(1)R(1)图象，则可消除系统误差，如图18所示，其中纵截距为b，斜率为k，则电动势的表达式为_，内阻的表达式为_考点四 伏安法测电源电动势和内阻1在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，实验室备有下列器材选用A干电池(电动势E约1.5 V、内电阻r约1.0 )B电流表G(满偏电流2.0 mA、内阻Rg10 )C电流表A(量程00.6 A、内阻约0.5 )D滑动变阻器R(020 ，10 A)E定值电阻R0(限值990 )F开关和导线若干(1)一组同学设计的实验电路如图5甲所示，并利用以上器材正确连接好电路，进行了实验测量。根据他们的实验设计，完成下列问题：闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端P至某一位置，记录电流表G的示数I1和电流表A的示数I2。多次改变滑动端P的位置，得到多组数据。在图乙所示的坐标纸上建立I1、I2坐标系，并已标出了与测量数据对应的4个坐标点。还有一组数据如图丙中的电表所示，请将此组数据的对应点标在图乙的坐标系中，并依据所标各点在图中描绘出I1I2图线。利用所画图线求得电源的电动势E_V，电源的内电阻r_。(结果要求保留两位小数)(2)图6另一组同学采用滑动变阻器和一个多用电表来测定电池的电动势和内阻。实验原理如图6所示。当变阻器为某一阻值时，用多用电表的直流电压挡测出变阻器两端的电压U，再卸去变阻器一个接线柱的导线，把多用电表串联在电路中，用直流电流挡测出通过变阻器的电流I。随后改变变阻器的电阻，重复上述操作，获得多组U、I数据，并计算得出实验结果。这个实验方案在测量原理上的主要缺点是_。三、【真题感悟】1.【2015四川8（2）】用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有：电流表A1（量程030mA）；电流表A2（量程0100mA）；电压表V（量程06V）；滑动变阻器R1（阻值05）；滑动变阻器R2（阻值0300）；开关S一个，导线若干条。某同学的实验过程如下：设计如图3所示的电路图，正确连接电路。 将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，I为横轴，得到如图4所示的图线。断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变。重复的步骤，得到另一条U-I图线，图线与横轴I的交点坐标为（I0，0），与纵轴U的交点坐标为（0，U0）。回答下列问题：电流表应选用 ，滑动变阻器应选用 ； 由图4的图线，得电源内阻r ； 用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx ，代入数值可得Rx；若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围 ，电压表示数变化范围 。（选填“相同”或“不同”）2.【2015江苏10】11小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻 （1）图中电流表的示数为_A（2）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，在答题卡的方格纸上作出U-I图线 由图线求得：电动势E=_V，内阻r=_。（3）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 。 3【2015天津9（3）】用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组（电动势约为4.5V，内电阻约为1）的电动势和内电阻，除了待测电池组，电建，导线外，还有下列器材供选用；A电流表：量程0.6A，内电阻约为1B电流表：量程3A，内电阻约为0.2C电压表：量程3V，内电阻约为30kD电压表：量程6V，内电阻约为60kE滑动变阻器：0-1000，额定电流0.5AF滑动变阻器：0-20，额定电流2A为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_,电压表选用_，滑动变阻器选用_（均填仪器的字母代号）右图为正确选择仪器后，连好的部分电路，为了使测量误差尽量小，还需要在电路中用导线将_和_相连、_和_相连、_和_相连（均填仪器上接线柱的字母代号） 实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验，实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U；用图像法处理采集到数据，为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线，则可以_为纵坐标，以_为横坐标4、(2014新课标全国卷，23)利用如图7所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：待测电源，电阻箱R(最大阻值为999.9 )，电阻R0(阻值为3.0 )，电阻R1(阻值为3.0 )，电流表(量程为200 mA，内阻为RA6.0 )，开关S。图7实验步骤如下：将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；以I(1)为纵坐标，R为横坐标，作I(1)R图线(用直线拟合); 求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b。回答下列问题：(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则I(1)与R的关系式为_。(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R3.0 时电流表的示数如图8所示，读出数据，完成下表。答：_，_。 R/1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.1250.1000.0910.0840.077I(1)/A16.998.0010.011.011.913.0图8 图9 (3)在图9的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k_ A11，截距b_A1。(4)根据图线求得电源电动势E_V，内阻r_。 3、(2014新课标23)利用如图13所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：图13待测电源，电阻箱R(最大阻值为999.9)，电阻R0(阻值为3.0)，电阻R1(阻值为3.0)，电流表(量程为200mA，内阻为RA6.0)，开关S.实验步骤如下：将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；以I(1)为纵坐标，R为横坐标，作I(1)R图线(用直线拟合)；求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.回答下列问题：(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则I(1)与R的关系式为_(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R3.0时电流表的示数如图14所示，读出数据，完成下表答：_，_.R/1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.1250.1000.0910.0840.077I(1)/A16.998.0010.011.011.913.0图14图15(3)在图15的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k_A11，截距b_A1.(4)根据图线求得电源电动势E_V，内阻r_.4、 (2014福建19(2)某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理图如图2甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计改装的电流表，为标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R为滑动变阻器，R0是标称值为4.0的定值电阻已知灵敏电流计的满偏电流为Ig100A、内阻为rg2.0k，若要改装后的电流表满偏电流为200mA，应并联一只_(保留一位小数)的定值电阻R1；根据图甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整的电路；图2某次实验的数据如下表所示：测量次数12345678电压表读数U/V5.265.165.044.944.834.714.594.46改装表读数I/mA20406080100120140160该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法)，计算出电池组的内阻r_(保留两位小数)；为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是_该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是_(填选项前的字母)A电压表内阻的影响B滑动变阻器的最大阻值偏小CR1的实际阻值比计算值偏小DR0的实际阻值比标称值偏大【押题专练】1某实验小组利用电压表和电阻箱测量电源的电动势和内阻(1)请在虚线框中画出实验的电路图。 (2)实验的主要步骤如下：检查并调节电压表指针指零，将开关S断开，按照电路图连线。调节电阻箱R的阻值至_。将开关S闭合，逐渐调节电阻箱的阻值使电压表指针有足够的偏转，记下此时电阻箱的阻值R和电压表的示数U。图13改变电阻箱的阻值，测出几组U及R的数据，作出R(1)U(1)的图线如图13所示(单位为国际单位制单位)。(3)由作出的R(1)U(1)图线可求得电动势E_V，内阻r_。(结果保留两位有效数字)2.用图14所示的电路测定一种特殊电池的电动势和内阻，它的电动势E约为8 V，内阻r约为30 ，已知该电池允许输出的最大电流为40 mA。为防止调节滑动变阻器时造成短路，电路中用了一个定值电阻充当保护电阻，除待测电池外，可供使用的实验器材还有：图14A电流表A(量程为0.05 A、内阻约为0.2 )B电压表V(量程为6 V、内阻为20 k)C定值电阻R1(阻值为100 、额定功率为1 W)D定值电阻R2(阻值为200 、额定功率为1 W)E滑动变阻器R3(阻值范围为010 、额定电流为2 A)F滑动变阻器R4(阻值范围为0750 、额定电流为1 A)G导线和单刀单掷开关若干(1)为了电路安全及便于操作，定值电阻应该选_；滑动变阻器应该选_。(填写器材名称)(2)接入符合要求的用电器后，闭合开关S，调滑动变阻器的阻值，读取电压表和电流表的示数。取得多组数据，作出了如图15所示的图线。根据图线得出该电池的电动势E为_V，内阻r为_。(结果保留两位有效数字)图15(3)若所给的电压表已被损坏，其他器材均可使用。重新选择器材，设计电路测定该电池的电动势和内阻。请在虚线框中画出设计的电路图并在上面标明选定器材的名称。 3在“测定电源的电动势和内电阻”的实验中，备有如下器材：A电源为干电池(电动势为E，内阻为r)B电流表(00.6 A、内阻约0.1 )C灵敏电流计G(满偏电流Ig200 A、内阻rg500 )D滑动变阻器(020 、2.0 A)E电阻箱R(09 999.9 )F开关、导线若干实验电路如图甲甲 乙(1)由于没有电压表，需要把灵敏电流计G改装成量程为2 V的电压表，需串联一个阻值为R_ 的电阻(2)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑片移动至_(填“a端”、“中央”或“b端”)(3)图乙为该实验绘出的I1I2图线(I1为灵敏电流计G的示数，I2为电流表A的示数)，由图线可求得被测电源的电动势E_ V(保留三位有效数字)，内电阻r_ (保留两位有效数字)4某同学要测定一电源的电动势E和内电阻r，实验器材有：一只电流传感器(可视为理想电流表，测得的电流用I表示)、一只电阻箱(阻值用R表示)、一只开关和导线若干该同学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集数据(1)该同学设计实验的原理表达式是E_(用r、I、R表示)；(2)该同学在闭合开关之前，应先将电阻箱调到_(填“最大值”、“最小值”或“任意值”)，实验过程中，将电阻箱调至如图乙所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为_ .5根据闭合电路欧姆定律，用图甲所示的电路可以测定电池的电动势和内电阻R为一变阻箱，改变R的阻值，可读出电压表 相应的示数U.对测得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的根据实验数据在U(1)R坐标系中描出坐标点，如图乙所示已知R0100 ，请完成以下数据分析和处理(1)图乙中电阻为_的数据点应剔除；(2)在坐标纸上画出U(1) R关系图线；(3)图线的斜率是_(V11)，由此可得电池电动势E_V(结果保留两位有效数字)6某同学对钮扣锂电池的特性进行了实验探究该类电池的内阻约为1 k5 k，电动势标称值为3 V现有以下实验器材：A电压表V1：量程3 V，内阻约20 kB电压表V2：量程6 V，内阻约10 kC定值电阻1 kD定值电阻20 kE滑动变阻器一只(050 k)，待测钮扣锂电池，电键，导线若干 图7517(1)实验原理见图7517甲，请选择合适的实验器材，在图中的小虚线框里标出所选取的器材编号(2)该同学测量出路端电压U和干路电流I，作出UI曲线见图乙，可知电池的短路电流是_mA，电动势是_V，内阻为_k.(3)当路端电压为1.5 V时，负载消耗的电功率为_mW.7为了测量两节串联干电池的电动势，某同学设计了如图甲所示的实验电路，其中E是待测电池组，内阻不能忽略；V1、V2是两只量程合适的相同的电表，内阻不是很大，且未知；S1、S2是单刀单掷开关；导线若干(1)请根据电路图甲，在图乙中将器材连成实物图(2)实验需要测量的物理量是_(3)用测出的物理量，导出串联电池组电动势的表达式是_ 8用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻提供的器材如图(a)所示(1)用实线代表导线把图(a)中的实物连接成测量电路(两节干电池串联作为电源，图中有部分线路已连好)(2)图(b)中的6个点表示实验测得的6组电流I、电压U的值，按照这些实验值作出UI图线，由此图线求得的每节电池电动势E_ V，每节电池的内阻r_ .(取3位有效数字)