资源简介

(共82张PPT)
第十章
恒定电流
第56讲　实验十二　测定电源的电动势和内阻
学习目标 命题热点
(1)掌握伏安法、伏阻法、安阻法测量电源电动势和内阻的原理及电路设计。 (2)理解实验的误差分析和改进方法。 (1)伏安法、伏阻法、安阻法测量电源电动势和内阻的仪器选择、数据处理、误差分析和电路连接在高考中考查频率较高。
(2)创新实验主要考查利用改装表代替电压表和电流表，把电阻的测量转换成长度的测量。
考点一
考点二
提能训练　练案[56]
考点一　教材原型实验(伏安法)
一、实验原理
1．原理图如图所示
2．由实验数据求E、r的方法
(2)用作图法处理数据，如图所示。
①图线与纵轴交点为____________；
②图线的斜率的绝对值表示r＝___________。
电动势E
二、实验器材
电池、电压表、电流表、______________、开关、导线、坐标纸和刻度尺。
三、实验步骤
1．电流表用______________量程，电压表用___________量程，按实验原理图甲或丙连接好电路。
2．把滑动变阻器的滑片移动到接入电路阻值最______的一端。
滑动变阻器
0～0.6 A
0～3 V
大
3．闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)，用同样方法测量出6组I、U的值，填入表格中。
4．断开开关，拆除电路，整理好器材。
第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组
U/V
I/A
四、误差分析
1．如图甲所示
结论：E测方法②：等效电源法
2．如图丙所示
方法①：若采用图丙电路，由于电流表的分压作用造成误差，U真＝U测＋UA，电流越大，对应U真与U测的差越大。其U－I图像如图丁所示。
结论：E测＝E真，r测>r真。
方法②：等效电源法
如图丙所示，将电流表和电源等效为一个电源，电路实际测的是这个等效电源的电动势和内阻，E测＝E真，r测＝r＋RA>r真。
3．电路选择
(1)电源内阻一般较小，选图甲电路误差较小；当电源内阻较大时(比如水果电池)，选图丙电路误差较小。
(2)当 内阻已知时选图丙电路，此时r＝|k|－RA，没有系统误差。
五、注意事项
1．测一节干电池的电动势和内阻时，电压表选0～3 V量程，电流表选0～0.6 A量程，滑动变阻器选0～10 Ω。
2．应使用内阻大些(用过一段时间)的干电池；在实验中不要将I调得过大；每次读完I和U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．在作U－I图线时，要使较多的点落在这条直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线的两侧，忽略个别偏离直线较远的点，以减小偶然误差。
仪器选择、数据处理和误差分析
考向1
(2025·海南卷·16题)图是“测量电源的电动势和内阻”的实验电路。
有如下器材
电源E1(约为3 V，内阻未知)
电压表V(0～3 V，RV约为3 kΩ)
电流表A(0～0.6 A，RA约为1 Ω)
定值电阻R0＝3 Ω
滑动变阻器R1(0～50 Ω)
滑动变阻器R2(0～500 Ω)
开关S
导线若干
(1)为了提高测量精度，电路图中滑动变阻器应选________。
(2)闭合开关S，多次调节滑动变阻器，记录U、I，如下表
根据表中数据作出U－I图像。
U/V 1.00 1.30 1.70 2.00 2.50
I/A 0.38 0.32 0.24 0.18 0.08
(3)由U－I图像可求出电动势E1＝________V，内阻r＝________
Ω(均保留三位有效数字)。
(4)考虑电压表分流引起的误差，则E测________E真；(填“大于”“等于”或“小于”)；r测与真实值r真之间的关系式为________(用RV，R0，r测，r真表示)。
[解析]　(1)为了提高测量精度，方便调节电路，滑动变阻器选择最大阻值较小的R1。
(2)图像如下。
实验操作、电路连接和电路选择
考向2
在测量某电源电动势和内阻时，因为电压表和电流表的影响，不论使用何种接法，都会产生系统误差，为了消除电表内阻造成的系统误差，某实验兴趣小组设计了如图甲实验电路进行测量。已知R0＝2 Ω。
(1)按照图甲所示的电路图，将图乙中的器材实物连线补充完整。
(2)实验操作步骤如下：
①将滑动变阻器滑到最左端位置；
②接法Ⅰ：单刀双掷开关S与1接通，闭合开关S0，调节滑动变阻器R，记录下若干组数据U1－I1的值，断开开关S0；
③将滑动变阻器滑到最左端位置；
④接法Ⅱ：单刀双掷开关S与2接通，闭合开关S0，调节滑动变阻器R，记录下若干组数据U2－I2的值，断开开关S0；
⑤分别作出两种情况所对应的U1－I1和U2－I2图像。
(3)单刀双掷开关接1时，某次读取电表数据时，电压表指针如图丙所示，此时U1＝________V。
(4)根据测得数据，作出U1－I1和U2－I2图像如图丁所示，根据图线求得电源电动势E＝_______，内阻r＝________。(结果均保留两位小数)
(5)由图丁可知________(填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测得的电源内阻更接近真实值。
(6)综合考虑，若只能选择一种接法，应选择________(填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测量更合适。
[答案]　(1)见解析图　(3)1．30　(4)1．80 V　2．50 Ω　(5)接法Ⅱ　(6)接法Ⅱ
[解析]　(1)根据图甲所示的电路图，实物连接如图所示。
(3)量程为0～3 V的电压表分度值为0.1 V，需要估读到分度值的下一位，由图丙可知电压表读数为U1＝1.30 V。
(4)当单刀双掷开关接1时，电流表示数为零时，电压表测量准确，故电动势为U1－I1的纵轴截距，则有E＝1.80 V
(6)由电路图可知接法Ⅰ的误差来源是电流表的分压，接法Ⅱ的误差来源是电压表的分流，由于电源内阻较小，远小于电压表内阻，结合(5)问分析可知，若只能选择一种接法，应选择接法Ⅱ更合适。
考点二　创新实验提升
1．实验原理
电路如图所示，测量原理为：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，或用图像法处理数据。
安阻法
考向1
2．图像法处理数据
3．误差分析
(1)误差来源：电流表有电阻，导致内阻测量不准确；
(2)结论：E测＝E真，r测>r真(r测＝r真＋rA)。若已知电流表 的阻值可消除测内阻的系统误差。
(2026·湖南长沙市联考)一同学测量某干电池的电动势和内阻。
(1)图甲所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。
①____________________________________________________；
②_____________________________________________________。
由图像可计算出该干电池的电动势为______V；内阻为_______Ω。
(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱，当电流表的示数为0.33 A时，电压表的指针位置如图丙所示，则该干电池的电动势应为________V；内阻应为________Ω。
[答案]　(1)①开关未断开　②电阻箱阻值为零　(2)见解析图　1.38　1.2　(3)1.38[结果与(2)问第一个空格一致]　1.0[结果比(2)问第二个空格少0.2]
[解析]　(1)在电学实验中，连接电路时应将开关断开，电阻箱的阻值调为最大，以确保实验仪器、仪表的安全。
(2025·湖北卷·11题)某实验小组为测量一节干电池的电动势E和内阻r，设计了如图(a)所示电路，所用器材如下：干电池、智能手机、电流传感器、定值电阻R0、电阻箱、开关、导线等。按电路图连接电路，将智能手机与电流传感器通过蓝牙无线连接，闭合开关S，逐次改变电阻箱的阻值R，用智能手机记录对应的电流传感器测得的电流I。回答下列问题：
(1)R0在电路中起________(填“保护”或“分流”)作用。
(4)当电流传感器有内阻时，所测的电源内阻r测＝r真＋r传
导致电源内阻测量值偏大，即电流传感器的电阻对本实验干电池内阻的测量结果有影响。
伏阻法
考向2
2．图像法处理数据
3．误差分析
(1)误差来源：电压表有内阻，干路电流表达式不准确，导致电动势测量不准确；
(2)结论：E测提能训练　练案[56]
1．在测量电源电动势和内阻的实验中，实验室提供了如下器材和参考电路：
电压表V1(量程3 V，内阻约6 kΩ)
电压表V2(量程1 V，内阻约6 kΩ)
电流表A1(量程0.6 A，内阻约0.1 Ω)
电流表A2(量程2 mA，内阻约1 Ω)
滑动变阻器R1(最大阻值3 kΩ)
滑动变阻器R2(最大阻值10 Ω)
定值电阻R3(阻值1 Ω)
开关，导线若干
(1)甲同学想要测量马铃薯电池的电动势(约1．0 V)和内阻(约500 Ω)。选用合适器材后，应选择最优电路________(填写参考电路对应的字母)进行测量。
(2)乙同学想要测量一节新干电池的电动势和内阻。选用合适器材后，应选择最优电路________(填写参考电路对应的字母)进行测量。
(3)乙同学将测得的数据在坐标纸上描点，如图所示。请画出U－I图像，根据图像可知电动势E为________V，内阻r为________Ω。(小数点后保留两位)
[答案]　(1)A　(2)C　(3)见解析图　1.48　0.09
[解析]　(1)马铃薯电池的电动势较小，题图B中电压表分流，所以电流表测量的干路电流偏小，则电动势测量值偏小，所以不宜选用；选择题图A测量的干路电流I准确，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知，当I＝0时，断路电压即为电动势，所以题图A能准确测量马铃薯电池的电动势，内阻测量偏大，为电流表和马铃薯电池的内阻之和，但因为马铃薯电池的内阻远大于电流表内阻，所以误差较小，故选题图A。
(2)新的干电池内阻较小，所以需要给电池串联一个定值电阻R3，方便测量，而题图D中测量的内阻为电流表内阻、电源内阻和定值电阻R3之和，因为干电池内阻较小，所以内阻的测量会引起较大误差，所以选择题图C。
(3)作出U－I图像如图所示。
2．某同学准备利用下列器材测量电池的电动势和内阻。
A．待测电池
B．电流表G，量程为0.10 A，内阻8．0 Ω
C．定值电阻R0＝2.0 Ω
D．电阻箱R
E．导线和开关
根据如图所示的电路进行实验操作。
(1)电流表G和定值电阻R0并联后等效为新的电流表，则新电流表量程是电流表G量程的________倍。
[解析]　(1)根据并联电路电流分配关系，电流与电阻成反比，当电流表满偏时Ig＝0.10 A，流过电阻R0的电流为0.40 A，则干路电流为0.50 A，则量程为0.50 A，即新电流表量程是电流表G量程的5倍。
3．实验小组欲测量一节旧干电池的电动势和内阻。因未找到合适量程的电压表，小组同学决定将表头G改装为量程0～1.5 V的电压表，并用其进行实验。相关器材如下：
A．干电池(电动势约为1.5 V)；
B．电阻箱R1(最大阻值为9 999 Ω)；
C．电阻箱R2(最大阻值为99.99 Ω)；
D．表头G(量程0～1 mA，内阻为100 Ω)；
E．开关、导线若干。
(1)实验小组设计的电路图如图甲所示，电路中电阻箱a应选用________(填“R1”或“R2”)，其接入电路的阻值应调为________Ω。
[答案]　(1)R1　1.4×103　(2)1.2　(3)1.3　0.40
4．某学习小组要测量一个电源的电动势及内阻。除该电源外还准备的器材有：一个电阻箱R(最大阻值为99．9 Ω)，一个电流表A(量程0～200 mA，内阻为10 Ω)，一个定值电阻R0(阻值为5 Ω)，一个开关和若干导线。
(1)如果用多用电表粗测电流表的内阻，需要将红表笔与电流表________(选填“正”或“负”)接线柱相连。
(2)由于电流表A的量程较小，考虑到安全因素，同学们利用定值电阻R0将该电流表进行改装，改装后的量程为________。
[答案]　(1)负　(2)0～0.6 A(或0～600 mA)　(3)6.0　2.7　见解析图
[解析]　(1)电阻表测量电阻时，电流从黑表笔流出，连接时要注意红表笔要与电流表的负接线柱相连。
(3)根据提供的器材，采用安阻法进行测量，电路图如图所示。
5．某实验小组设计了如图1所示的实验电路，来测量电源的电动势和内阻，实验器材有：待测电源，阻值为R0的定值电阻，内阻极大的电压表，总阻值为R且阻值均匀的半圆形变阻器，可指示滑片转过角度θ的刻度盘，开关、导线若干。回答下列问题：
(1)合上开关，滑片在逆时针转动的过程中，电源内阻的功率______
(填“增大”或“减小”)。
(2)在实验中转动滑片，改变角度θ(弧度制)，测量相应的定值电阻R0的电压U，以θ为纵坐标，U－1为横坐标，作出θ－U－1图像如图2所示，已知图像的斜率为k，纵截距为－b，则电源的电动势为E＝________，内阻r＝________。
6．某探究小组要测量电池的电动势和某电阻的阻值。可利用的器材有：电流表、电阻丝(单位长度电阻值为R0)、待测电阻Rx、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图甲所示的实验电路原理图。
(1)实验步骤如下：
①将电阻丝拉直固定，按照图甲连接电路，金属夹置于电阻丝的________(填“A”或“B”)端；
②闭合开关S，快速滑动金属夹至适当位置并记录电流表示数I，断开开关S，记录金属夹与B端的距离L；
③多次重复步骤②，根据记录的若干组I、L的值，作出图丙中图线I；
④按照图乙将电阻Rx接入电路，多次重复步骤②，再根据记录的若干组I、L的值，作出图丙中图线Ⅱ。
(2)图线Ⅰ、Ⅱ的斜率为k，则待测电池的电动势E＝________。
(3)由图线求得Ⅰ、Ⅱ的纵轴截距分别为b1、b2，则待测电阻的阻值Rx＝________(用已知条件表示)。
(4)该实验方案测电阻的系统误差是________(填“偏小”“零误差”或“偏大”)。
[解析]　(1)为了保护电路，闭合开关前，金属夹置于电阻丝的最大阻值处，由图可知，应该置于A端。
谢谢观看

展开更多......

收起↑