高三电学实验专题测电源电动势和内阻Word格式文档下载.docx
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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,故长时间放电不宜超过0.3A,短时间放电不宜超过0.5A.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.
6、题型分析
题型一、某同学在用电压表和电流表测干电池的电动势和内阻的实验中,得到的实验结果如下图所示,造成图线弯曲的原因最可能是( D)
A.伏特表内阻过小
B.安培表内阻过大
C.变阻器阻值过大
D.电源放电电流过大
题型二、某实验小组利用如图7-5-2所示电路测定一节电池的电动势和内电阻,备有下列器材:
①待测电池,电动势约为1.5V(小于1.5V)
②电流表,量程3mA
③电流表,量程0.6A
④电压表,量程1.5V
⑤电压表,量程3V
⑥滑动变阻器,0~20Ω
⑦开关一个,导线若干
(1)请选择实验中需要的器材________(填标号).
(2)按电路图将实物(如图7-5-3所示)连接起来.
(3)小组由实验数据作出的UI图象如图7-5-4所示,由图象可求得电源电动势为________V,内电阻为________Ω.
图7-5-3 图7-5-4
解析
(1)根据本实验的原理以及特点,所选器材是①③④⑥⑦;
(2)根据电路图连接实物图时,一定要看清电路的结构,滑动变阻器的接线柱所在的位置,注意导线不能交叉;
(3)电源的电动势是纵轴截距1.45V,内电阻r==Ω=2.9Ω.
答案
(1)①③④⑥⑦
(2)如图所示
(3)1.45 2.9
题型三、在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”实验中,某同学测得了七组数据(如下表).
(1)根据表中实验数据在图中作出I—U图线;
从图线中得出,电源电动势E=V,内
电阻r=Ω.
(2)若一位同学未画出图线,只选用其中两组U和I的数据,根据公式E=U1+I1r和E=U2+I2r算出E和r,这样做可能得出误差很大的结果,则他选用其中第组和第组数据时算得的结果误差大.
答案:
(1)1.460.73
(2)35(图线略)
题型四、(测定干电池的电动势和内阻)用右图所示的电路,测定一节干电池的电动势和内阻。
电池的内阻较小,为了防止在调节滑动变阻器时造成短路,电路中用一个定值电阻R0起保护作用。
除电池、开关和导线外,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1
、额定功率5W)
(d)定值电阻(阻值10
,额定功率10W)
(e)滑动变阻器(阴值范围0--10
、额定电流2A)
(f)滑动变阻器(阻值范围0-100
、额定电流1A)
那么
(1)要正确完成实验,电压表的量程应选择V,电流表的量程应选择A;
R0应选择
的定值电阻,R应选择阻值范围是
的滑动变阻器。
(2)引起该实验系统误差的主要原因是。
解析:
由于电源是一节干电池(1.5V),所选量程为3V的电压表;
估算电流时,考虑到干电池的内阻一般几Ω左右,加上保护电阻,最大电流在0.5A左右,所以选量程为0.6A的电流表;
由于电池内阻很小,所以保护电阻不宜太大,否则会使得电流表、电压表取值范围小,造成的误差大;
滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了,取0~10Ω能很好地控制电路中的电流和电压,若取0~100Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。
关于系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的,一般具有倾向性,总是偏大或者偏小。
本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小,造成E测<
E真,r测<
r真。
题型五、两位同学在实验室中利用如图7-5-8(a)所示的电路测定值电阻R0、电源的电动势E和内电阻r,调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时,一个同学记录的是电流表A和电压表V1的测量数据,另一位同学记录的是电流表A和电压表V2的测量数据.并根据数据描绘了如图7-5-8(b)所示的两条UI图线.回答下列问题:
图7-5-8
(1)根据甲、乙两同学描绘的图线,可知( ).
A.甲同学是根据电压表V1和电流表A的数据
B.甲同学是根据电压表V2和电流表A的数据
C.乙同学是根据电压表V1和电流表A的数据
D.乙同学是根据电压表V2和电流表A的数据
(2)图象中两直线的交点表示的物理意义是( ).
A.滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端
B.电源的输出功率最大
C.定值电阻R0上消耗的功率为0.5W
D.电源的效率达到最大值
(3)根据图7-5-8(b),可以求出定值电阻R0=________Ω,电源电动势E=________V,内电阻r=________Ω.
(4)该电路中电流表的读数能否达到0.6A,试说明理由.
解析
(1)从电路连接可以看出,电流表A的读数增大时,电压表V1的读数减小,电压表V2的读数增大.甲同学是根据电压表V1和电流表A的数据绘制图象的,B错误;
A正确;
乙同学是根据电压表V2和电流表A的数据绘制图象的,C错误,D正确.
(2)图象中两直线的交点表示电压表V1的读数与电压表V2的读数相等,即滑动变阻器的阻值为0,滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端,A错误;
从图象可以得出电阻R0的阻值大于电源的内阻,滑动变阻器的阻值减小,电源的输出功率增大,两直线的交点对应滑动变阻器的阻值为0,即电源的输出功率最大,B正确;
定值电阻R0消耗的功率为:
P=U2I=1.0×
0.5W=0.5W,C正确;
电源的效率为:
η==,U越大,效率越大,D错误.
(3)从图象可以得出定值电阻R0的阻值为:
R0==Ω=2.0Ω;
从甲同学的图象可以得出图象在U轴上的截距为1.50V,即电源的电动势为1.50V,图象斜率的绝对值为:
k===1.0,即电源的内电阻为r=1.0Ω.
(4)该电路中的电流为:
I=,当R最小时,电流最大,最大值为:
Im==A=0.5A,故该电路中电流表的读数不能达到0.6A.
答案
(1)AD
(2)BC (3)2.0 1.50 1.0 (4)见解析
题型六、在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,备有下列器材:
A.待测的干电池(电动势约为1.5V,内电阻小于1.0Ω)
B.电流表G(满偏电流3mA,内阻Rg=10Ω)
C.电流表A(0~0.6A,内阻0.1Ω)D.滑动变阻器R1(0.20Ω,10A)
E.滑动变阻器R2(0~200Ω,lA)F.定值电阻R0(990Ω)G.开关和导线若干
(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表,但给出了两个电流表,于是他设计了如图所示中甲的(a)、(b)两个参考实验电路,其中合理的是图所示的电路;
在该电路中,为了操作方便且能准确地进行测量,滑动变阻器应选(填写器材前的字母代号).
(2)图乙为该同学根据
(1)中选出的合理的实验电路利用测出的数据绘出的I1—I2图线(I1为电流表G的示数,I2为电流表A的示数),则由图线可以得被测电池的电动势E=V,内阻r=Ω。
(1)bD或R,
(2)(1.48士0.02)0.77(0.75~0.80)
练习一
1.(2011昌平期末)用如图10所示(甲)电路来测量电池电动势和内电阻,根据测得的数据作出了(乙)图所示的U—I图象,由图象可知(BD)
A.电池内阻的测量值是3.50Ω
B.电池电动势的测量值是1.40V
C.外电路发生短路时的电流为0.4A
D.电压表的示数为1.20V时电流表的示数I’=0.20A
图10
2.某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻,现备有下列器材:
A.被测干电池一节
B.电流表:
量程0~0.6A,内阻0.1Ω
C.电流表:
量程0~3A,内阻0.024Ω
D.电压表:
量程0~3V,内阻未知
E.电压表:
量程0~15V,内阻未知
F.滑动变阻器:
0~10Ω,2A
G.滑动变阻器:
0~100Ω,1A
H.开关、导线若干
在伏安法测电池电动势和内阻的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差.在现有器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻.
(1)在上述器材中请选择适当的器材:
________(填写选项前的字母);
(2)在图7-5-10(a)方框中画出相应的实验电路图;
图7-5-10
(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图7-5-10(b)所示的UI图象,则在修正了实验系统误差后,干电池的电动势E=________V,内电阻r=________Ω.
答案
(1)ABDFH
(2)如图
(3)1.5 1
3.①用电压表、电流表测量电源的电动势和内阻实验.采用的是下列________电路图.
②某同学将
和
测得的数值逐一描绘在坐标纸上,再根据这些点分别画出了图线a与b,如图7-5-9所示,你认为比较合理的是图线________(填“a”或“b”).
③根据该图线得到电源电动势的大小是________V;
内阻是________Ω(结果保留两位小数).
图7-5-9
解析 ①测定电源的电动势及内电阻的实验中,原理是闭合电路的欧姆定律,电压表要测量路端电压,电流表要测电路中的总电流,所以AB项错误;
为了使内电阻测量准确,电流表要采用内接法,所以C项错误,D项正确.②描出点后应用直线把各点连接起来,所以选a.③利用图象纵轴上的截距求得电动势为1.44V,曲线的斜率绝对值为电源的内阻值,约在0.86~0.91Ω之间.
答案 ①D ②a ③1.43~1.46 0.91(0.86~0.98都算对)
4、用电流表和电压表测定电池的电动势E和内电阻r,所用的电路如图3-6-8所示,一位同学测得的六组数据如表中所示。
(1)试根据这些数据在图3-6-9中作出U-I的图线;
(2)根据图线得出的电池的电动势E=___V,根据图线得出的电池内阻r=___Ω;
(3)若不作出图线,只选用其中两组U、I的数据,可利用公式算出E和r,这样做可能得出误差很大的结果,选用第__组和第__组的数据,求得E和r误差最大。
解析:
利用数据画出U-I图线,根据U=E-Ir得,纵轴截距为E,斜率为r。
(1)图线如图3-6-10所示
(2)E=1.46V,r-0.72Ω
(3)第3组和第4组数据
4、某同学采用如图甲所示的电路测定电源的电动势和内电阻。
已知干电池的电动势约为1.5V,内阻约为0.5Ω;
电压表(量程0—3V,内阻3KΩ),电流表(量程0—0.6A,内阻1.0Ω),定值电阻R0=0.5Ω,滑动变阻器有R1(最大阻值10Ω,额定电流2A)和R2(最大阻值100Ω,额定电流0.1A)各一只。
乙
①实验中滑动变阻器应选用_____________。
(选填“R1”或“R2”)
②根据图甲在实物图乙中连线使之为实验电路。
③在实验中测得多组电压和电流值,得到如图丙所示的电压与电流关系图线,根据图线求出的电源电动势E=____V,内阻r=____________Ω。
答案
②答案见下图,正确得3分③1.46-1.48(3分)0.43-0.47(3分)
【解析】
(2)滑动变阻器R2的额定电流跟电流表量程相比,在试验中很容易被烧坏,故应选R1,在图线上选取相距较远的两点,读取数据列方程可解得E、r。
二、安阻法(用一个电流表和电阻箱测量或两个定值电阻)
1测量原理为:
闭合电路欧姆定律E=I(R+r)电路如图所示甲和乙
甲乙
测出两组I、R,列方程组
(2)作图法
作图法一、根据E=I(R+r),推出=+,再结合-R图象可知:
图线的斜率为,截距为,解得E
作图法二、
由闭合电路欧姆定律有:
E=I(R+r),解得:
根据R-1/I图线可知:
电源的电动势等于图线的斜率,内阻为纵轴负方向的截距
3误差分析
此种方法使测得的电动势无偏差,但内阻偏大.E测=E真,r测>r真(r测=r真+RA)
4、题型分析
题型一、小明要测定一电源的电动势E和内电阻r,实验器材有:
一只DIS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7-5-7甲所示的电路进行实验和采集数据.
甲 乙
丙
图7-5-7
(1)小明设计该实验的原理表达式是________(用E、r、I、R表示);
(2)小明在闭合开关之前,应先将电阻箱阻值调至________(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”),在实验过程中,将电阻箱调至图7-5-7乙所示位置,则此时电阻箱接入电路的阻值为________Ω;
(3)小明根据实验采集到的数据作出如图7-5-7丙所示的-R图象,则由图象求得,该电源的电动势E=________V,内阻r=________Ω(结果均保留两位有效数字).
解析
(1)在闭合电路中,E、I、R、r几个量之间的关系是E=I(R+r).
(2)为了整个电路的安全,所以开始电流要小,即电阻箱电阻调到最大值;
题图乙电阻箱读数为25Ω.(3)根据E=I(R+r),推出=+,再结合-R图象可知:
图线的斜率为,截距为,解得E=6.0V(5.8~6.2均可),r=2.4Ω(2.3~2.5均可).
答案
(1)E=I(R+r)
(2)最大值 25
(3)6.0(5.8~6.2均可) 2.4(2.3~2.5均可)
题型二.某同学要测量一节旧电池的电动势和内阻,实验器材仅有一个电流表、一个电阻箱、一个开关和导线若干,该同学按如图7-5-11所示电路进行实验,测得的数据如下表所示.
实验次数
1
2
3
4
5
R(Ω)
4.0
10.0
16.0
22.0
28.0
I(A)
1.00
0.50
0.34
0.25
0.20
1/I(A-1)
1.0
2.0
2.9
5.0
(1)若利用图象确定电池的电动势和内阻,则应作________(填“R—I”或“R—”)图象;
(2)利用测得的数据在图7-5-12中画出适当的图象;
(3)由图象可知,该电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω;
图7-5-12
(4)利用该实验电路测出的电动势E测和内阻r测与真实值E真和r真相比,理论上E测________E真,r测________r真(填“>
”“<
”或“=”).
解析 本题是设计性实验,考查测电源电动势和内阻的实验数据处理、误差分析.
(1)E=IR+Ir,R=-r,由于R与成线性关系,应作R-图象.
(3)图象与纵轴的交点为电源的内电阻的负值.图象的斜率为电源的电动势.
(4)由于
可解得r测=r真+RA>
r真,E测=E真.
答案
(1)R-
(3)6.0(5.8~6.2都可以)
2.0(1.8~2.2都可以)
(4)= >
题型三、(09年北京高考题)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和内电阻
,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为9.999
,科当标准电阻用)一只电流表(量程
=0.6A,内阻
)和若干导线。
(1)请根据测定电动势E内电阻
的要求,设计图甲中器件的连接方式,画线把它们连接起来。
图甲
图乙
(2)接通开关,逐次改变电阻箱的阻值
读处与
对应的电流表的示数I,并作记录,当电阻箱的阻值
时,其对应的电流表的示数如图乙所示。
处理实验数据时首先计算出每个电流值I的倒数
;
再制作R-
坐标图,如图丙所示,图中已标注出了(
)的几个与测量对应的坐标点,请你将与图乙实验数据对应的坐标点也标注在图丙中上。
(3)在图丙上把描绘出的坐标点练成图线。
(4)根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E=V,
内电阻
根据闭合电路欧姆定律,测量电源的电动势和内电阻,需要得到电源的路端电压和通过电源的电流,在本实验中没有电压表,但是可以用电阻箱和电流表串联充当电压表,测量电源的路端电压,通过电流表的电流也是通过电源的电流,所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可。
实物图的连接如答图4所示。
E=I(R+r+rg),解得:
,根据R-1/I图线可知:
电源的电动势等于图线的斜率,内阻为纵轴负方向的截距减去电流表的内阻。
(1)①15.02②2.31;
6.6×
102
(2)①见答图4②见答图6
③见答图6④1.5(1.46~1.54);
5(2013甘肃省兰州市诊断考试)某同学要测量一节旧电池的电动势和内阻,实验器材仅有一个电流表、一个电阻箱、一个开关和导线若干,该同学按如图所示电路进行实验,测得的数据如下表所示。
22.O
28.O
(A-1)
1.O
5.O
(1)为了便于分析,一般采用线性图象处理
数据,请写出与线性图象对应的物理量R-
的函数关系式
(2)利用测得的数据在坐标纸上画出适当的图象;
(3)由图象可知,该电池的动势为E=V,内阻r=Ω;
(4)利用该实验电路测出的动动势E测和内阻r测与真实值E真和r真相比,理论上E测E真,r测r真(选填“>
”、“<
”或“=”)。
2、在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中,现有下列器材:
待测干电池一节;
电流计G(满偏电流为2.5mA,内阻为199Ω);
定值电阻R1=1.0Ω;
定值电阻R2=99.5Ω;
电阻箱R(0~99.9Ω);
开关S、导线若干。
(1)请在下面所给方框内,画出实验电路图,其中定值电阻应选用________(选填“R1”或“R2”);
(2)某同学在实验中测出了电阻箱的电阻R和电流计G的示数Ig,记录数据见下表。
请在下面坐标图中描点作出-R图线。
次数
物理量
6
R/Ω
1.6
2.1
2.2
3.2
4.2
5.6
Ig/mA
2.25
2.00
1.67
1.50
1.25
/(mA)-1
0.44
0.60
0.67
0.80
图实-9-9
(3)根据图线可求得,被测电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω。
[解析] 电流计量程太小,应先与定值电阻R1并联,将量程扩大为I=Ig+=0.0025A+0.4975A=0.5A,由闭合电路欧姆定律得E=I(R+r+RA)=(Ig+)(R+r+RA),整理可得=(+)R+(+)(r+RA),其中RA=Ω=0.995Ω,结合图线可得E=1.44V(1.40~1.48V均对),r=0.59Ω(0.40~0.78Ω均对)。
[答案]
(1)实验电路图如图甲所示 R1
(2)如图乙所示 (3)1.44(1.40~1.48均可) 0.59(0.40~0.78均可)
二、伏阻法(用一个电压表和电阻箱或两个定值电阻)
闭合电路欧姆定律
电路如图所示甲和乙
(1)计算法
测出两组U、R,列方程组
(2)作图法
作图法一、由闭合电路欧姆定律得:
E=(r+R),整理得到,利用
图中直线与纵轴的焦点数据求得E,还可以得到图线的斜率,即可得到电池内电阻r
此种方法测得的电动势和内阻均偏小.E测<
题型一、(18分)(2013北京市西城区一模)在实验室测量两个直流电源的电动势和内电阻。
电源甲的电动势大约为4.5V,内阻大约为1.5Ω;
电源乙的电动势大约为1.5V,内阻大约为1Ω。
由于实验室条件有限,除了导线、开关外,实验室还能提供如下器材:
A.量程为3V的电压表V
B.量程为0.6A的电流表A
C.量程为3A的电流表A2
D.阻值为4.0Ω的定值电阻R1
E.阻值为100Ω的定值电阻R2
F.最大阻值为10Ω的滑动变阻器R3
G.最大阻值为100Ω的滑动变阻器R4
(1)选择电压表、电流表、定值电阻、滑动变阻器等器材,采用图1所示电路测量电源甲的电动势和内电阻。
①定值电阻应该选择(填D或者E);
电流表应该选择(填B或者C);
滑动变阻器应该选择(填F或者G)。
②分别以电流表的示数I和电压表的示数U为横坐标和纵坐标,计算机拟合得到如图2所示U—I图象,U和I的单位分别为V和A,拟合公式为U=﹣5.6I+4.4。
则电源甲的电动势E=V;
内阻r=Ω(保留两位有效数字)。
③在测量电源甲的电动势和内电阻的实验中,产生系统误差的主要
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