2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 實驗9 測定電源的電動勢和內(nèi)電阻教案.doc
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2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 實驗9 測定電源的電動勢和內(nèi)電阻教案 測電源的電動勢和內(nèi)電阻實驗, 是高中物理的重要實驗,無論是原教科書,還是課程標準教科書,都把它列為學(xué)生實驗;無論是普通高考大綱,還是課程標準試驗區(qū)高考大綱,都把它列為必考實驗;從多年以及近幾年的高考試卷看,也屢屢出現(xiàn)測電源的電動勢和內(nèi)阻的題目。 測電源的電動勢和內(nèi)電阻實驗,傳統(tǒng)的方法是用電流表、電壓表和滑動變阻器或電阻箱,新技術(shù)的數(shù)字化實驗方法是用電流傳感器、電壓傳感器代替電流表、電壓表并用數(shù)據(jù)采集器和電子計算機輔助實驗,好處是:數(shù)據(jù)處理和作圖象非???,一眨眼的工夫圖象就出來了。 由于新的課程標準教科書中列出了做測電源的電動勢和內(nèi)電阻實驗的三種方法,即伏安法和安阻法、伏阻法;去年高考中有三個省不約而同地考到了安阻法并用作圖法,所以本文不惜時間和筆墨把三種方法都做出來。 1. 實驗原理:在閉合電路中,根據(jù)全電路歐姆定律,有 ①,其中E表示電源的電動勢,U表示電源的路端電壓,I表示閉合電路中的電流,r表示電源的內(nèi)阻。 根據(jù)課程標準教科書,實驗:測電源的電動勢和內(nèi)電阻可用三種方法: 方法1. ①式可變?yōu)?,改變電路的外電阻R,測出一系列的I和U值,作出U-I圖象。圖象在U軸上的截距即為電源的電動勢,直線的斜率即為內(nèi)阻的負值。此方法叫伏安法,用伏特表和安培表。 方法2. ①式可變?yōu)?,或,改變電路的外電阻R,測出一系列的I和R值,作出R-1/I圖象。圖象在R軸上的截距即為電源的內(nèi)阻,直線的斜率即電源的電動勢E。此方法叫安阻法,用安培表和電阻箱。 方法3. ①式可變?yōu)?,或,改變電路的外電阻R,測出一系列的U值,作出圖象。圖象在軸上的截距的倒數(shù)即為電源電動勢,直線的斜率與截距的倒數(shù)乘積即為電源的內(nèi)阻。此方法叫伏阻法,用伏特表和電阻箱。 基礎(chǔ)實驗是伏安法。安阻法和伏阻法是在伏安法實驗的基礎(chǔ)上的提高。 2.實驗?zāi)康模河萌N方法測定電源的電動勢和內(nèi)阻。 3.實驗步驟 一、 伏安法 1. 實驗電路圖 圖1-1 2. 實驗結(jié)果圖象 圖1-2 3. 計算數(shù)據(jù) 電壓軸上的截距為電池的電動勢:E=6.0V, 電流軸上的截距為最大電流, 則電池的內(nèi)阻為r=1.0Ω。 4. 實驗實物圖 圖1-3 5. 實驗結(jié)果圖象 圖1-4 6. 計算數(shù)據(jù) 電壓軸上的截距為電池的電動勢:E=9.0V, 電流軸上的截距為最大電流, 則電池的內(nèi)阻為r=1.0Ω。 二、 安阻法 1. 用仿真實驗室研究 按電路圖搭建實驗裝置,如圖2-1 圖2-1 改變電阻箱的阻值,電流表的讀數(shù)對應(yīng)變化,得到電流與電阻的關(guān)系圖象,見圖2-2. 圖2-2 由于圖4不是直線,不便于求電動勢和內(nèi)阻,在實驗過程中時,記下一系列的數(shù)據(jù),把數(shù)據(jù)輸入到Excel中并求出電流I的倒數(shù)1/I, 見下表。 R I 1/I 10 0.264 3.787879 8.36 0.31 3.225806 6.86 0.369 2.710027 5.36 0.456 2.192982 4.11 0.567 1.763668 3.36 0.665 1.503759 2.11 0.932 1.072961 1.36 1.23 0.813008 0 2.9 0.344828 表1 作出電流的倒數(shù)隨電阻變化的圖象,R~1/I圖象,見圖2-3的直線。 圖2-3 根據(jù),得到,知:R~1/I圖線直線的斜率即為電動勢E,R軸上的截距的絕對值為內(nèi)阻。從圖5讀出數(shù)據(jù),計算得為,縱軸上的截距為-1,則電池的內(nèi)阻為。 三、 伏阻法(見例題) 例1.xx理綜四川卷第22(2)題 甲同學(xué)設(shè)計了如圖所示的電路測電源電動勢E及電阻R1和R2的阻值。實驗器材有:待測電源E(不計內(nèi)阻),待測電阻R1,待測電阻R2,電壓表V(量程為1.5V,內(nèi)阻很大),電阻箱R(0-99.99Ω),單刀單擲開關(guān)S1,單刀雙擲開關(guān)S2,導(dǎo)線若干。 ①先測電阻R1的阻值。請將甲同學(xué)的操作補充完整:閉合S1,將S2切換到a,調(diào)節(jié)電阻箱,讀出其示數(shù)r和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U1,保持電阻箱示數(shù)不變,______________,讀出電壓表的示數(shù)U2。則電阻R1的表達式為R1=__________。 ②甲同學(xué)已經(jīng)測得電阻R1=4.8Ω,繼續(xù)測電源電動勢E和電阻R2的阻值。該同學(xué)的做法是:閉合S1,將S2切換到a,多次調(diào)節(jié)電阻箱,讀出多組電阻箱示數(shù)R和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U,由測得的數(shù)據(jù),繪出了如圖所示的圖線,則電源電動勢E=_____V,電阻R2=_____Ω。 ③利用甲同學(xué)設(shè)計的電路和測得的電阻R1,乙同學(xué)測電源電動勢E和電阻R2的阻值的做法是:閉合S1,將S2切換到b,多次調(diào)節(jié)電阻箱,讀出多組電阻箱示數(shù)R和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U,由測得的數(shù)據(jù),繪出了相應(yīng)的圖線,根據(jù)圖線得到電源電動勢E和電阻R2。這種做法與甲同學(xué)的做法比較,由于電壓表測得的數(shù)據(jù)范圍______(選填“較大”、“較小”或“相同”),所以_____同學(xué)的做法更恰當(dāng)些。 答案:①將S2切換到b ,R1=。 ②E=1.43或10/7V,R2= 1.2 Ω ③ 較小,甲 【解析】① (1) (2) 由(2)式得, 代入(1)式,經(jīng)過復(fù)雜的運算得R1=。 ②根據(jù),有,比照直線方程,有截距,所以E=1.43或10/7V;斜率,又,已測出R1=4.8Ω,可求出R2= 1.2 Ω。 ③ 由于電阻R2阻值小,電壓表測得的數(shù)據(jù)范圍較小,所以甲同學(xué)的做法更恰當(dāng)些。 點評:用電壓表和電阻箱測量電源的電動勢和內(nèi)電阻(本題的R2相當(dāng)于內(nèi)電阻)并用圖象進行數(shù)據(jù)處理求出結(jié)果(與伏安法類比簡稱伏阻法),xx年高考有三省市考到(分別是江蘇、廣東和天津)。 例2.xx寧夏理綜卷(新課程)第22題(2)題 利用伏安法測干電池的電動勢和內(nèi)阻,現(xiàn)有的器材為: 干電池:電動勢約為1.5V,符號 電壓表:量程1V,內(nèi)阻998.3,符號 滑動變阻器:最大阻值10,符號 電阻箱:最大阻值99999.9,符號 單刀單擲開關(guān)1個,符號 導(dǎo)線若干 設(shè)計測量電源電動勢和內(nèi)阻的電路并將它畫在制定的方框內(nèi)。要求在圖中標出電壓表、電流表的接線柱的正負。 為了滿足本實驗要求并保證實驗的精確度,電壓表量程應(yīng)擴大為原量程的 倍,電阻箱的阻值應(yīng)為 。 .答案: 2 998.3 【解析】因為電壓表量程要大于電池電動勢,所以要擴大為原量程的2倍,在電壓表上串聯(lián)等于其內(nèi)阻的電阻,所以電阻箱的阻值應(yīng)為998.3。 點評:本題是伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻(不是伏阻法),所以電阻箱是用來做擴大電壓表量程用的。另外,因為電流表內(nèi)阻一般與電池內(nèi)阻差別不大,所以用電流表外接法(對待測電池而言)。 R Rx V a b K1 K2 E 例。圖中R為已知電阻,為待測電阻,為單刀單擲開關(guān),為單刀雙擲開關(guān), V為電壓表(內(nèi)阻 極大),E為電源(電 阻不可忽略)。現(xiàn)用 圖中電路測量電源 電動勢及電阻 (1) 寫出操作步驟: (2) 由R及測得的量,可測得=_____________________,=________________. 答案:(1)①K1斷開,K2接到a端,記下電壓表的讀數(shù)U1;②K2仍接到a端,閉合K1,記下電壓表的讀數(shù)U2;③K1仍閉合,K2接到b端,記下電壓表的讀數(shù)U3. (2)U1 例3。在測定一節(jié)干電池(電動勢約為1.5V,內(nèi)阻約為2Ω)的電動勢和內(nèi)阻的實驗中,變阻器和電壓表各有兩個供選:A電壓表量程為15V,B電壓表量程為3V,A變阻器為(20Ω,3A),B變阻器為(500Ω,0.2A) 電壓表應(yīng)該選 (填A(yù)或B),這是因為 . 變阻器應(yīng)該選 (填A(yù)或B),這是因為 . 答案:B,A電壓表量程過大,誤差較大;A、B變阻器額定電流過小且調(diào)節(jié)不便 例。某同學(xué)按如圖所示電路進行實驗,實驗時該同學(xué)將變阻器的觸片P移到不同位置時測得各電表的示數(shù)如下表所示 序號 A1示數(shù)(安) A2示數(shù)(安) V1示數(shù)(伏) V2示數(shù)(伏) 1 0.60 0.30 2.40 1.20 2 0.44 0.32 2.56 0.48 將電壓表內(nèi)阻看作無限大,電流表內(nèi)阻看作零。 (1)電路中,分別為電源的電動勢和內(nèi)阻,,,為定值電阻,在這五個物理量中,可根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)求得的物理量是(不要求具體計算) 。 (2)由于電路發(fā)生故障,發(fā)現(xiàn)兩電壓表示數(shù)相同了(但不為零),若這種情況的發(fā)生是由用電器引起的,則可能的故障原因是 。 答案: (1),, (1分,1分,2分) (2)短路或斷開 (4分) 例4.xx年天津理科綜合卷第22(3)題 某研究性學(xué)習(xí)小組利用圖9所示電路測量電池組的電動勢E和內(nèi)阻r。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出如圖10所示的R~1/I圖線,其中R為電阻箱讀數(shù),I為電流表讀數(shù),由此可以得到E= V,r= Ω。 圖9 圖10 【解析】 根據(jù)得到,從圖10讀出數(shù)據(jù),計算得,直線的斜率即為,當(dāng)時,橫軸上的截距為,則電池的內(nèi)阻為。 點評:本題專門考查用電流表和電阻箱測電源的電動勢和內(nèi)電阻,與伏安法相比,實驗用的儀器不同,測量的物理量不同,圖象中橫坐標與縱坐標表示的物理量不同了,因此根據(jù)圖象求E、r的方法也不同。 例5.安徽xx高考21.Ⅱ題. 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)滑動變阻器時造成短路,電路中用一個定值電阻R0起保護作用。除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外,可供使用的實驗器材還有: (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)要正確完成實驗,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)引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是 。 II.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)總是比電池實際輸出電流小。 【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,考慮到干電池的內(nèi)阻一般幾Ω左右,加上保護電阻,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。本實驗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- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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