2011屆高考物理基礎(chǔ)知識要點(diǎn)復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)九測定電源的電動勢和內(nèi)阻
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2011屆高考物理基礎(chǔ)知識要點(diǎn)復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)九測定電源的電動勢和內(nèi)阻
2011屆高三物理一輪復(fù)習(xí)全案:實(shí)驗(yàn)九測定電源的電動勢和內(nèi)阻(選修3-1)
【考綱知識梳理】
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
1.測定電池的電動勢和內(nèi)電阻。
二、實(shí)驗(yàn)原理
1、如圖所示電路,只要改變外電路R的阻值,測出兩組I、U的數(shù)值,代人方程組:就可以求出電動勢E和內(nèi)阻r.或多測幾組I、U數(shù)據(jù),求出幾組E、r值,最后分別算出它們的平均值.
此外還可以用作圖法來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),求出E、r的值.在標(biāo)坐紙上,I為橫坐標(biāo),U為縱坐標(biāo),測出幾組U、I值,畫出U—I圖像,根據(jù)閉合電路的歐姆定律U=E—Ir,可知U是I的一次函數(shù),這個(gè)圖像應(yīng)該是一條直線.如圖所示,這條直線跟縱軸的交點(diǎn)表示電源電動勢,這條直線的斜率的絕對值,即為內(nèi)阻r的值。
2、電源的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)的技巧
(1)前,變阻器滑片應(yīng)使變阻器連入的阻值最大;要測出不少于6組I、U數(shù)據(jù),且變化范圍大些,用方程組求解時(shí),1與4、2與5、3與6為一組,分別求出E、r的值再求平均值.
(2)電池的路端電壓變化明顯,電池的內(nèi)阻宜大些(選用已使用過一段時(shí)間的1號干電池).
(3)I圖線時(shí),要使較多的點(diǎn)落在直線上或使各點(diǎn)均勻落在直線的兩側(cè),個(gè)別偏離較大的舍去不予考慮,以減少偶然誤差.本實(shí)驗(yàn)由于干電池內(nèi)阻較小,路端電壓U的變化也較小,這時(shí)畫U—I圖線時(shí)縱軸的刻度可以不從零開始,但這時(shí)圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流.
(4)在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象較嚴(yán)重,電動勢E會明顯下降,內(nèi)阻r會明顯增大.故長時(shí)間放電不宜超過0.3A.因此,實(shí)驗(yàn)中不要將電流I調(diào)得過大,讀電表要快,每次讀完立即斷電。
(5)還可以改用一個(gè)電阻箱和一個(gè)電流表或一個(gè)電壓表和一個(gè)電阻箱來測定.
3、電源的電動勢和內(nèi)阻的誤差分析:]
(1)讀完電表示數(shù)沒有立即斷電,造成E、r變化;
(2)路存在系統(tǒng)誤差,I真=I測十IV未考慮電壓表的分流;
(3)象法求E、r時(shí)作圖不準(zhǔn)確造成的偶然誤差.
三、實(shí)驗(yàn)器材
待測電池,電壓表(0-3V),電流表(0-0.6A),滑動變阻器(10Ω),電鍵,導(dǎo)線。
【要點(diǎn)名師精解】
一、實(shí)驗(yàn)步驟
1.電流表用0.6A量程,電壓表用3V量程,按電路圖連接好電路。
2.把變阻器的滑動片移到一端使阻值最大。
3.閉合電鍵,調(diào)節(jié)變阻器,使電流表有明顯示數(shù),記錄一組數(shù)據(jù)(I1、U1),用同樣方法測量幾組I、U的值。
4.打開電鍵,整理好器材。
5.處理數(shù)據(jù),用公式法和作圖法兩種方法求出電動勢和內(nèi)電阻的值。
6、意事項(xiàng)
(1)電池的路端電壓變化明顯,電池的內(nèi)阻宜大些,可選用已使用過一段時(shí)間的1號干電池。
(2)池在大電流放電時(shí),電動勢E會明顯下降,內(nèi)阻r會明顯增大,故長時(shí)間放電不宜超過0.3A,短時(shí)間放電不宜超過0.5A。因此,實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大,讀電表要快,每次讀完立即斷電。
(3)出不少于6組I、U數(shù)據(jù),且變化范圍要大些,用方程組求解時(shí),要將測出的I、U數(shù)據(jù)中,第1和第4為一組,第2和第5為一組,第3和第6為一組,分別解出E、r值再平均。
(4)-I圖線時(shí),要使較多的點(diǎn)落在這條直線上或使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去不予考慮。這樣,就可使偶然誤差得到部分的抵消,從而提高精確度。
(5)池內(nèi)阻較小時(shí)路端電壓U的變化也較小,即不會比電動勢小很多,這時(shí),在畫U-I圖線時(shí),縱軸的刻度可以不從零開始,而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始(橫坐標(biāo)I必須從零開始)。但這時(shí)圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流。不過直線斜率的絕對值照樣還是電源的內(nèi)阻,這時(shí)要特別注意計(jì)算斜率時(shí)縱軸的刻度不從零開始。
【感悟高考真題】
1.(2010?江蘇物理?10)在測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中,由于所用的電壓表(視為理想電壓表)的量程較小,某同學(xué)涉及了如圖所示的實(shí)物電路。
(1)試驗(yàn)時(shí),應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到____.(選填“最大值”、“最小值”或“任意值”)
(2)改變電阻箱的阻值R,分別測出阻值=10的定值電阻兩端的電壓U,下列兩組R的取值方案中,比較合理的方案是____.(選填1或2)
(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn),繪出的圖像是一條直線。若直線的斜率為,在坐標(biāo)軸上的截距為b,則該電源的電動勢E=▲,內(nèi)阻r=▲(用、b和R0表示)
答案:
10.(2010?上海物理?29)某同學(xué)利用DIS,定值電阻、電阻箱等實(shí)驗(yàn)器材測量電池a的電動勢和內(nèi)阻,實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,實(shí)驗(yàn)時(shí)多次改變電阻箱的阻值,記錄外電路的總電阻阻值R,用電壓傳感器測得端電壓U,并在計(jì)算機(jī)上顯示出如圖2所示的關(guān)系圖線a,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)方法測量電池b的電動勢和內(nèi)阻,得到圖2中的圖線b.
(1)由圖線a可知電池a的電動勢=______V,內(nèi)阻=____。
(2)若用同一個(gè)電阻R先后與電池a及電池b鏈接,則兩電池的輸出功率_______(填“大于”、“等于”或“小于”),兩電池的效率_____(填“大于”、“等于”或“小于”)。
解析:(1)根據(jù),得,圖象a,截距b=0.5,斜率=0.25,所以電動勢,內(nèi)阻r=E?=0.5Ω。
(2)從圖象可知:截距,斜率,電動勢,內(nèi)阻,<,<,電池的輸出功率,得小于;電池的效率,得大于。
本題考查用伏阻法(電壓表和電阻箱)測電源的電動勢和內(nèi)阻,圖像法,以及電源的輸出功率及效率。
難度:難。
3、(2009安徽理綜,21Ⅱ,6分)用右圖所示的電路,測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻較小,為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時(shí)造成短路,電路中用一個(gè)定值電阻R0起保護(hù)作用。除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外,可供使用的實(shí)驗(yàn)器材還有:
(a)電流表(量程0.6A、3A);
(b)電壓表(量程3V、15V)
(c)定值電阻(阻值1、額定功率5W)
(d)定值電阻(阻值10,額定功率10W)
(e)滑動變阻器(陰值范圍0--10、額定電流2A)
(f)滑動變阻器(阻值范圍0-100、額定電流1A)
那么
(1)要正確完成實(shí)驗(yàn),電壓表的量程應(yīng)選擇V,電流表的量程應(yīng)選擇A;R0應(yīng)選擇的定值電阻,R應(yīng)選擇阻值范圍是的滑動變阻器。
(2)引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要原因是。
【解析】由于電源是一節(jié)干電池(1.5V),所選量程為3V的電壓表;估算電流時(shí),考慮到干電池的內(nèi)阻一般幾Ω左右,加上保護(hù)電阻,最大電流在0.5A左右,所以選量程為0.6A的電流表;由于電池內(nèi)阻很小,所以保護(hù)電阻不宜太大,否則會使得電流表、電壓表取值范圍小,造成的誤差大;滑動變阻器的最大阻值一般比電池內(nèi)阻大幾倍就好了,取0~10Ω能很好地控制電路中的電流和電壓,若取0~100Ω會出現(xiàn)開始幾乎不變最后突然變化的現(xiàn)象。
關(guān)于系統(tǒng)誤差一般由測量工具和所造成測量方法造成的,一般具有傾向性,總是偏大或者偏小。本實(shí)驗(yàn)中由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比測量值小,造成E測 【答案】(1)3,0.6,1,0~10。(2)由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比電池實(shí)際輸出電流小。
4、(2009重慶理綜,22)硅光電池是一種可將光能轉(zhuǎn)換為電能的器件。某同學(xué)用題22圖2所示電路探究硅光電池的路端電壓U與總電流I的關(guān)系。圖中R0為已知定值電阻,電壓表視為理想電壓表。
①請根據(jù)題22圖2,用筆畫線代替導(dǎo)線將題22圖3中的實(shí)驗(yàn)器材連接成實(shí)驗(yàn)電路。
②若電壓表的讀數(shù)為,
則I=A;
③實(shí)驗(yàn)一:用一定強(qiáng)度的光照射硅光電池,調(diào)節(jié)滑動變阻器,通過測量得到該電池的U-I曲線a。見題22圖4,由此可知電池內(nèi)阻(填“是”或“不是”)常數(shù),短路電流為A,電動勢為
V。
④實(shí)驗(yàn)二:減小實(shí)驗(yàn)一中光的強(qiáng)度,重復(fù)實(shí)驗(yàn),測得U-I曲線b,見題22圖4.當(dāng)滑動變阻器的電阻為某值時(shí),若實(shí)驗(yàn)一中的路端電壓為1.5V。則實(shí)驗(yàn)二中外電路消耗的電功率為
W(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
【答案】①見22題答案圖,②,③不是,0.295(0.293-0.297),2.67(2.64-2.70),④0.065(0.060-0.070)
【解析】
①見右圖;
②根據(jù)歐姆定律可知I=;
③路端電壓U=E-Ir,若r為常數(shù)、則U-I圖為一條不過原點(diǎn)的直線,由曲線a可知電池內(nèi)阻不是常數(shù);當(dāng)U=0時(shí)的電流為短路電流、約為295μA=0.295A;當(dāng)電流I=0時(shí)路端電壓等于電源電動勢E、約為2.67V;
④實(shí)驗(yàn)一中的路端電壓為U1=1.5V時(shí)電路中電流為I1=0.21A,連接a中點(diǎn)(0.21A、1.5V)和坐標(biāo)原點(diǎn),此直線為此時(shí)對應(yīng)滑動變阻器阻值的外電路電阻(定值電阻)的U-I圖,和圖線b的交點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)二中的路端電壓和電路電流,如右圖,電流和電壓分別為I=97μA、U=0.7V,則外電路消耗功率為P=UI=0.068W。
5.(2009海南物理,14,11分,)圖1是利用兩個(gè)電流表和測量干電池電動勢E和內(nèi)阻r的電路原理圖。圖中S為開關(guān),R為滑動變阻器,固定電阻和內(nèi)阻之和為10000(比r和滑動變阻器的總電阻都大得多),為理想電流表。
①按電路原理圖在圖2虛線框內(nèi)各實(shí)物圖之間畫出連線。
②在閉合開關(guān)S前,將滑動變阻器的滑動端c移動至(填“端”、“中央”或“端”)。
③閉合開關(guān)S,移動滑動變阻器的滑動端c至某一位置,讀出電流表和的示數(shù)和。多次改變滑動端c的位置,得到的數(shù)據(jù)為
I1(A)0.1200.1250.1300.350.1400.145
I2(A)480400320[]23214068
在圖3所示的坐標(biāo)紙上以為縱坐標(biāo)、為橫坐標(biāo)畫出所對應(yīng)的曲線。
④利用所得曲線求的電源的電動勢E=V,內(nèi)阻r=.(保留兩位小數(shù))
⑤該電路中電源輸出的短路電流A。
【答案】①連線如圖1所示,
②b端,
③如圖2所示。
④1.49(1.48~1.50),0.60(0.55~0.65)
⑤2.4(2.3~2.7)
【解析】
②實(shí)驗(yàn)前滑動變阻器接入電路電阻值最大;
④由圖線上讀出兩組數(shù)值,代入E=I1R1+(I1+I(xiàn)2)r構(gòu)成方程組聯(lián)立求解E和r;
⑤短路電流E/r。
【考點(diǎn)精題精練】
1.給你一個(gè)電壓表、一個(gè)電阻箱、開關(guān)及導(dǎo)線等,如何根據(jù)閉合電路歐姆定律測出一節(jié)舊干電池的電動勢和內(nèi)阻.
(1)在下圖所示的虛線框內(nèi)畫出電路圖.
(2)實(shí)驗(yàn)過程中,將電阻箱撥到45Ω時(shí),電壓表讀數(shù)為0.90V;若將電阻箱撥到如下圖甲所示的Ω時(shí),電壓表
的讀數(shù)如圖乙所示,是V.
(3)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以算出該節(jié)干電池的電動勢E=V,內(nèi)阻r=Ω.
答案(1)見右圖
(2)1101.10
(3)1.3020
2.測量電源B的電動勢E及內(nèi)阻r(E約為4.5V,r約為1.5Ω).
器材:量程3V的理想電壓表,量程0.5A的電流表(具有一定內(nèi)阻),固定電阻R=4Ω,滑動變阻器R′,開關(guān)S,導(dǎo)線若干.
(1)畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖.圖中各元件需用題目中給出的符號或字母標(biāo)出.
(2)實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)電流表讀數(shù)為I1時(shí),電壓表讀數(shù)為U1;當(dāng)電流表讀數(shù)為I2時(shí),電壓表讀數(shù)為U2.則可以求出E=,
r=.(用I1、I2、U1、U2及R表示)
答案(1)見右圖
(2)
3.如圖所示的電路可用于測量電池E和內(nèi)阻r.電池的電動勢未知.圖中A是電流表,其內(nèi)阻并不是很小,V為電壓表,其內(nèi)阻亦不是很大,R是一限流電阻,阻值未知,3個(gè)電鍵S1、S2、S3都處于斷開狀態(tài).
(1)寫出測量電池內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)步驟,用適當(dāng)?shù)姆柋硎驹摬襟E中應(yīng)測量的物理量:.
(2)用所測得的物理量表示電池內(nèi)阻的表達(dá)式為r=.
答案(1)實(shí)驗(yàn)步驟及應(yīng)測的物理量為:
a.閉合S1,S3打向1,測得電壓表的讀數(shù)為U0,電流表的讀數(shù)為I0.設(shè)Rg為電壓表的內(nèi)阻,則有Rg=①
b.閉合S1,S3打向2,測得電壓表的讀數(shù)為U1,以E表示電池的電動勢,I1表示通過電池的電流,則有
E=I1r+U1②
U1=I1Rg③
由①②③式得E=
c.閉合S1、S2,S3打向2,測得電壓表的讀數(shù)U2,電流表的讀數(shù)I2
設(shè)通過電池的電流為I,則有E=Ir+U2
設(shè)通過電壓表的電流為I2′,則有
I=I2′+I2,U2=I2′Rg
(2)r=
4.某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路,用以測定電源電動勢和內(nèi)阻,使用的實(shí)驗(yàn)器材為:待測干電池組(電動勢約3V)、電流表(量程0.6A,內(nèi)阻小于1Ω)、電阻箱(0~99.99Ω)、滑動變阻器(0~10Ω)、單刀雙擲開關(guān)、單刀單擲開關(guān)各一個(gè)及導(dǎo)線若干.考慮到干電池的內(nèi)阻較小,電流表的內(nèi)阻不能忽略.
(1)該同學(xué)按圖連線,通過控制開關(guān)狀態(tài),測得電流表內(nèi)阻約為0.20Ω.試分析該測量產(chǎn)生誤差的原因是.
(2)簡要寫出利用圖實(shí)所示電路測量電源電動勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)步驟:
①;
②.
(3)下圖是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的—R圖象,由此求出待測干電池組的電動勢E=V、內(nèi)阻r=Ω.
(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
答案(1)測電流表內(nèi)阻時(shí)用的是半偏法,所以并聯(lián)電阻箱后電路總阻值減小,從而造成總電流增大,測量值偏小.
(2)①斷開開關(guān),將電阻箱R調(diào)到最大,將開關(guān)S接D;
②調(diào)節(jié)電阻箱阻值R,使電流表有足夠偏轉(zhuǎn),改變R值,記錄幾組R和電流I的數(shù)據(jù).
(3)2.84(2.76~2.96)2.36
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