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电学实验（2）——高考物理二轮复习实验清单大全
实验十四：测定电源的电动势和内阻
考点平均卷面分：8；考查频次：高。
【知识梳理】
一、实验目的
1．会用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻。
2．进一步加深对闭合电路欧姆定律的理解。
3．进一步熟练掌握电压表和电流表的使用方法。
二、实验原理
闭合电路欧姆定律：E＝U外＋U内。
如果电表器材是电压表和电流表，可用U－I法，即E＝U＋Ir。　
原理图如图甲，实物连接图如图乙。
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、刻度尺、铅笔等。
四、实验过程
1．连接电路
电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按实验电路图连接好电路。
2．测量与记录
（1）把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端。
（2）闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据（I1，U1）。
（3）用同样方法测量出多组I、U值，填入数据记录表格中。
（4）断开开关，拆除电路，整理好器材。
五、数据处理
设计表格，将测得的六组U、I值填入表格中。
第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组
U/V
I/A
方法一：计算法
（1）联立六组对应的U、I数据，数据满足关系式：
U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r、…
（2）让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小。
方法二：图象法
（1）在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U－I坐标系。
（2）在坐标平面内描出各组（I，U）值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧。
（3）直线与纵轴交点的纵坐标值即为电池电动势的大小（一次函数的纵轴截距），直线斜率的绝对值即为电池的内阻r的大小，即r＝。
六、误差分析
1．偶然误差
（1）读数不准引起误差。
（2）用图象法求E和r时，由于作图不准确造成误差。
2．系统误差
（1）若采用甲图电路，由于电压表的分流作用造成误差，电压值越大，电压表的分流越多，对应的I真与I测的差越大。其U－I图象如图乙所示。
结论：E测（2）若采用丙图电路，由于电流表的分压作用造成误差，电流越大，电流表分压越多，对应U真与U测的差越大。其U－I图象如图丁所示。
结论：E测＝E真，r测>r真。
七、注意事项
1．为了使电池的路端电压变化明显，应选内阻大些的电池（选用已使用过一段时间的干电池）。
2．在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时，E和r明显变化。
3．要测出不少于6组的（I、U）数据，且变化范围要大些。
4．画U－I图线时，纵轴的刻度可以不从0开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从0开始），但这时图线与横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的交点仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻。
【试题练习】
1．一位同学用电压表、电流表、滑动变阻器就可以测量一节干电池的电动势和内阻，实物连线图如图甲所示。
（1）若有两节干电池电动势均约为1.5V，内阻分别约为0.4Ω和1.1Ω，在电流变化相同的情况下，为了让电压表示数变化更明显，应选择内阻约为______Ω的干电池（填“0.4”或“1.1”）。
（2）连接好电路，在开关闭合之前，应使滑动变阻器的滑片置于最______（填“左”或“右”）端。
（3）闭合开关后，多次移动滑动变阻器的滑片，测得多组电压表和电流表的示数U和I，在坐标纸上以U为纵轴、I为横轴，选择适当的标度建立坐标系，并画出图线如图乙所示。作出的图像与纵轴的截距为a，横轴的截距为b，由此求出电池的电动势为______，电池的内阻为______。（结果均用字母表示）
（4）不考虑偶然误差，该实验电动势的测量值______真实值，电池内阻的测量值______真实值。（均填“>”“<”或“=”）
1．答案：（1）1.1
（2）左
（3）a；
（4）<；<
解析：（1）为了让电压表示数变化更明显，应选择内阻较大的，即约的干电池；
（2）连接好电路，在开关闭合之前，应使滑动变阻器滑片置于阻值最大的位置，即滑片置于最左端；
（3）根据闭合电路欧姆定律可得，画出图线，图像与纵轴的截距为a，横轴的截距为b，即，图线斜率的绝对值表示电源内阻，即；
（4）相对于电源来说，本实验采用的是电流表外接法，有，所以电动势的测量值小于真实值，电池内阻的测量值小于真实值。
2．某学习小组设计了如图甲所示的电路来测量电源的电动势E、内阻r及待测电阻的阻值，通过改变滑动变阻器的阻值R，记录多组电压表及电流表A的示数，并描点作图得到了如图乙所示的a、b两条U-I图线，三个电表均为理想电表。
(1)图乙是根据电压表与电流表的示数描绘的U-I图线，其中图线a是电压表_________（填“”或“”）与电流表A的关系图线。
(2)由图乙可得，电源的电动势E=_________V、内阻r=_________Ω，待测电阻_________Ω。（结果均保留两位有效数字）
(3)在滑动变阻器滑片滑动的过程中，电压表示数变化量分别用、表示，则________。
2．答案：(1)
(2)1.5;1.0;2.0
(3)
解析：（1）根据闭合电路欧姆定律，
可知图像的斜率应该等于电阻和电源内阻之和，图像的斜率应该等于电源内阻，可知图像的斜率较大，图像的斜率较小，即电压表与电流表A的示数描绘的U-I图线是图乙中的a；
（2）由图乙图像纵坐标截距可得，电源电动势
由图像a斜率可得
由图像b斜率可得
联立得待测电阻
（3）根据闭合电路欧姆定律得
由关系式可得，
联立得
实验十五：利用传感器制作简单的自动控制装置（传感器的简单使用）
考查频次：低。
【知识梳理】
一、实验目的
1．了解传感器的工作过程，探究热敏电阻和光敏电阻等敏感元件的特性。
2．学会传感器的简单使用并会制作简单的自动控制装置。
二、实验原理
1．传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。
2．其工作过程如下图所示。
三、实验器材
热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。
四、实验过程
1．研究热敏电阻的热敏特性
(1)将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如图甲所示)。
(2)准备好记录电阻与温度关系的表格。(如下表)
　　次数 待测量　 1 2 3 4 5 6
温度/℃
电阻/Ω
(3)改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中，把记录的数据画在R t图中，得图像如图乙所示。
2．研究光敏电阻的光敏特性
(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡。
(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据。
(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的变化情况，并记录。
(4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少，并记录。
把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。
光照强度 弱 中 强 无光照射
阻值/Ω
结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强时电阻变小，光照减弱时电阻变大。
五、误差分析
1．温度计读数带来误差。
2．多用电表读数带来误差。
3．作R t图像时的不规范易造成误差。
六、注意事项
1．在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。
2．光敏实验中，如果效果不明显，可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。
3．欧姆表每次换挡后都要重新欧姆调零。
【试题练习】
3．电子秤能够准确地测量物体的质量，其中半导体薄膜压力传感器是其关键的电学元件。半导体薄膜压力传感器在压力作用下会发生微小形变，其阻值随压力F变化的图线如图甲所示。某学习小组利用该元件和电流表A等器材设计了如图乙所示的电路，尝试用该装置测量物体的质量。已知图乙中电源电动势为（内阻未知），电流表A的量程为，内阻为。重力加速度g取。请回答以下问题：
（1）实验时发现电流表A量程偏小，需要将其量程扩大为，应该给电流表A______（选填“串联”或“并联”）一个阻值为______Ω的电阻；
（2）用改装后的电流表按图乙所示的电路图进行实验，压力传感器上先不放物体，闭合开关S，调节滑动变阻器R的滑片P，使电流表指针满偏。保持滑片P位置不变，然后在压力传感器上放一物体，电流表的示数为，此时压力传感器的阻值为______Ω，则所放物体的质量______kg；
（3）写出放到传感器上的物体的质量m与电流表的示数I满足的函数关系式______；（表达式中除m、I外，其余相关物理量均代入数值）
（4）使用一段时间后，该电源电动势不变，内阻变大，其他条件不变。调节滑动变阻器R的滑片P，电流表指针满偏后进行测量，则测量结果______（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
3．答案：（1）并联；1
（2）11；0.6
（3）
（4）不变
解析：（1）当小量程的电流表改装成量程较大的电流表时，需要并联一个小电阻，有
代入数据解得
（2）根据闭合电路欧姆定律可得，当秤盘上不放重物时，调节滑动变阻器使得电流表满偏，有
当秤盘上放上重物，且电流表示数为0.2A时，有
联立得
（3）根据
得
又
代入数据整理得
（4）当电源电动势不变，而内阻增大时，仍可以使得电流表达到满偏，滑动变阻器接入电路的阻值减小，但回路中电源内阻和滑动变阻器接入电路的总电阻不变，所以测量结果不变。
4．某同学要探究光敏电阻阻值随光照强度变化的规律，实验电路如图甲所示。
实验器材如下：
A.待测光敏电阻(日光下阻值约几千欧)
B.标准电阻(阻值为10Ω)
C.标准电阻(阻值为4Ω)
D.灵敏电流计G(量程为300μA，a端电势高于b端电势，电流计向左偏转，b端电势高于a端电势，电流计向右偏转)
E.电阻箱(0~9999Ω)
F.滑动变阻器(最大阻值为20Ω，允许通过的最大电流为2A)
G.电源(电动势3.0V，内阻约为0.2Ω)
H.开关，导线若干
（1）①开关闭合前，滑动变阻器滑片应置于_______(填“A”或“B”)端。
②多次调节滑动变阻器和电阻箱，使电流计指针稳定时指向中央零刻线位置。电阻箱示数如图乙所示，电阻箱接入电路的阻值_______Ω。
（2）待测光敏电阻R计算公式为_______(用，，表示)。
（3）该同学找到该光敏电阻的阻值与光照强度的关系图像如图丙所示，则上述实验中光强强度为_______cd；
（4）若保持电阻箱阻值不变，增大光照强度，则电流计指针_______(填“向左”或“向右”或“不”)偏转。
4．答案：（1）A；2400（2）（3）2.0（4）向右
解析：（1）闭合电键前，应将滑动变阻器的滑片移到A端。保证电键闭合后滑动电阻器的输出电压为零，保护用电器；
根据图乙得出电阻箱的阻值为2400Ω。
（2）当电流计指针指向中央零刻线位置时，电流计两端电势相等，有
得
（3）由（2）可知
由丙图可知光照强度为2.0cd
（4）若增加光照强度，则变小，，b端电势高于a端电势，电流计向右偏转。

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