2022年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 恒定電流 實(shí)驗(yàn)十 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻學(xué)案

2022年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 恒定電流 實(shí)驗(yàn)十 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻學(xué)案1.實(shí)驗(yàn)原理閉合電路歐姆定律.2.實(shí)驗(yàn)器材電池、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙和刻度尺.3.基本操作(1)電流表用0.6A的量程，電壓表用3V的量程，按圖1連接好電路.圖1(2)把滑動(dòng)變阻器的滑片移到使阻值最大的一端.(3)閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1).用同樣的方法再測(cè)量幾組I、U值，填入表格中.(4)斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材.1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求E、r的處理方法(1)列方程求解：由UEIr得，解得E、r.(2)用作圖法處理數(shù)據(jù)，如圖2所示.圖2圖線與縱軸交點(diǎn)為E；圖線與橫軸交點(diǎn)為I短；圖線的斜率表示r|.2.注意事項(xiàng)(1)為了使路端電壓變化明顯，可使用內(nèi)阻較大的舊電池.(2)電流不要過(guò)大，應(yīng)小于0.5A，讀數(shù)要快.(3)要測(cè)出不少于6組的(I，U)數(shù)據(jù)，變化范圍要大些.(4)若UI圖線縱軸刻度不從零開始，則圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流，內(nèi)阻應(yīng)根據(jù)r|確定.(5)電流表要內(nèi)接(因?yàn)閞很小).3.誤差來(lái)源(1)偶然誤差：用圖象法求E和r時(shí)作圖不準(zhǔn)確.(2)系統(tǒng)誤差：電壓表分流.(3)本實(shí)驗(yàn)中測(cè)量結(jié)果是：E測(cè)<E真，r測(cè)<r真.命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1(2016·四川理綜·8)用如圖3所示電路測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.實(shí)驗(yàn)器材：待測(cè)電源(電動(dòng)勢(shì)約3V，內(nèi)阻約2)，保護(hù)電阻R1(阻值10)和R2(阻值5)，滑動(dòng)變阻器R，電流表A，電壓表V，開關(guān)S，導(dǎo)線若干.圖3實(shí)驗(yàn)主要步驟：()將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)；()逐漸減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)U和相應(yīng)電流表的示數(shù)I；()以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，作UI圖線(U、I都用國(guó)際單位)；()求出UI圖線斜率的絕對(duì)值k和在橫軸上的截距a.回答下列問(wèn)題：(1)電壓表最好選用；電流表最好選用.A.電壓表(03V，內(nèi)阻約15k)B.電壓表(03V，內(nèi)阻約3k)C.電流表(0200mA，內(nèi)阻約2)D.電流表(030mA，內(nèi)阻約2)(2)滑動(dòng)變阻器的滑片從左向右滑動(dòng)，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大.兩導(dǎo)線與滑動(dòng)變阻器接線柱連接情況是.A.兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器電阻絲兩端的接線柱B.兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿兩端的接線柱C.一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱D.一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲右端接線柱(3)選用k、a、R1和R2表示待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r的表達(dá)式E，r，代入數(shù)值可得E和r的測(cè)量值.答案(1)AC(2)C(3)kakR2解析(1)電壓表內(nèi)阻越大，分流越小，誤差也就越小，所以選內(nèi)阻較大的電壓表A；當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電阻最小時(shí)通過(guò)電流表的電流最大，此時(shí)通過(guò)電流表的電流大小約為I176mA，所以選量程為200mA的電流表C.(2)由電路分析可知，若滑動(dòng)變阻器的滑片右移電壓表示數(shù)變大，則滑動(dòng)變阻器接入電路部分阻值增大，選項(xiàng)C符合題意.(3)由EUI(rR2)，得UI(rR2)E，對(duì)比伏安特性曲線可知，圖象斜率的絕對(duì)值krR2，所以電源內(nèi)阻rkR2；令U0，得I，由題意知UI圖線與橫軸截距為a，所以aI，則Eka.變式1利用圖4所示的電路測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，要求盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差.供選擇的器材有：圖4A.電流表A(00.6A)B.電壓表V1(03V)C.電壓表V2(015V)D.滑動(dòng)變阻器R1(020)E.滑動(dòng)變阻器R2(0200)F.定值電阻R01G.開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干(1)實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用(選填相應(yīng)器材前的字母).(2)閉合開關(guān)，電壓表和電流表均有示數(shù)，但是無(wú)論怎么移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電壓表的讀數(shù)變化都非常小.同學(xué)們討論后，在原電路的基礎(chǔ)上又加了一個(gè)定值電阻R0，問(wèn)題得到解決.請(qǐng)你在方框內(nèi)畫出改進(jìn)后的電路圖.某位同學(xué)記錄了6組數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)已經(jīng)標(biāo)在坐標(biāo)紙上.在圖5坐標(biāo)紙上畫出UI圖線，根據(jù)所畫圖線可得出干電池的電動(dòng)勢(shì)EV，內(nèi)電阻r.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)圖5答案(1)BD(2)見(jiàn)解析圖1.50.14(0.130.18均可)解析(1)由于干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5V，所以應(yīng)選電壓表B，C的量程太大，誤差太大；選用小的滑動(dòng)變阻器便于操作，故選D.(2)電路圖如圖甲所示，UI圖線如圖乙所示圖象的縱截距表示電源電動(dòng)勢(shì)，故有E1.5V，所以內(nèi)阻為rR010.14變式2利用電流表和電壓表測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.要求盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差.(1)應(yīng)該選擇的實(shí)驗(yàn)電路是圖6中的(選填“甲”或“乙”).圖6(2)現(xiàn)有電流表(00.6A)、開關(guān)和導(dǎo)線若干，以及以下器材：A.電壓表(015V) B.電壓表(03V)C.滑動(dòng)變阻器(050) D.滑動(dòng)變阻器(0500)實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用.(選填相應(yīng)器材前的字母)(3)某位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)如表所示，其中5組數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)已經(jīng)標(biāo)在圖7，請(qǐng)標(biāo)出余下一組數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并畫出UI圖線.序號(hào)123456電壓U(V)1.451.401.301.251.201.10電流I(A)0.0600.1200.2400.2600.3600.480圖7(4)根據(jù)(3)中所畫圖線可得出干電池的電動(dòng)勢(shì)EV，內(nèi)電阻r.(5)實(shí)驗(yàn)中，隨著滑動(dòng)變阻器滑片的移動(dòng)，電壓表的示數(shù)U及干電池的輸出功率P都會(huì)發(fā)生變化.下列示意圖中正確反映PU關(guān)系的是.答案(1)甲(2)BC(3)如圖所示(4)1.50(1.491.51均可)0.83(0.810.85均可)(5)C解析(1)干電池內(nèi)阻相對(duì)一般電流表內(nèi)阻而言較小，為減小電流表分壓帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，故應(yīng)選甲.(2)干電池電動(dòng)勢(shì)約為1.5V，電壓表選B可減小讀數(shù)誤差.滑動(dòng)變阻器應(yīng)選C，若選D，由于總阻值較大，則滑片滑動(dòng)時(shí)移動(dòng)范圍小，不便調(diào)節(jié).(3)圖線應(yīng)為直線，作圖時(shí)使盡量多的點(diǎn)在線上，不在線上的點(diǎn)應(yīng)均勻分布在線的兩側(cè)，誤差較大的點(diǎn)舍去.(4)由UEIr可得圖象上的縱軸截距E1.50V，斜率的絕對(duì)值r0.83.(5)輸出功率PUIU·(U)2，應(yīng)為開口向下的拋物線，C正確.變式3手機(jī)、電腦等電器已經(jīng)普及到人們的日常生活中，這些電器都要用到蓄電池.某同學(xué)利用下列器材測(cè)定一節(jié)蓄電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.蓄電池的電動(dòng)勢(shì)約為3V.A.量程是0.6A，內(nèi)阻約為0.5的電流表；B.量程是3V，內(nèi)阻是6k的電壓表；C.量程是15V，內(nèi)阻是30k的電壓表；D.阻值為01k，額定電流為0.5A的滑動(dòng)變阻器；E.阻值為010，額定電流為2A的滑動(dòng)變阻器；F.定值電阻4，額定功率4W；G.開關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線若干.(1)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，電壓表應(yīng)選擇(填器材代號(hào))，圖8中的導(dǎo)線應(yīng)連接到處(填“”或“”)，改變滑動(dòng)變阻器阻值的時(shí)候，為了使電壓表和電流表的讀數(shù)變化比較明顯，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇(填器材代號(hào)).圖8(2)用(1)問(wèn)中的實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行測(cè)量，讀出電壓表和電流表的讀數(shù)，畫出對(duì)應(yīng)的UI圖線如圖9所示，由圖線可得該蓄電池的電動(dòng)勢(shì)EV，內(nèi)阻r.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖9答案(1)BE(2)3.21.3解析(1)蓄電池的電動(dòng)勢(shì)約為3V，電壓表C的量程太大，選電壓表B.導(dǎo)線接處，與電池串聯(lián)的定值電阻阻值已知，有利于準(zhǔn)確測(cè)出電池的內(nèi)阻.電流表量程為0.6A，由R得回路中的總電阻不能小于5，滑動(dòng)變阻器D總阻值太大，操作不方便，滑動(dòng)變阻器選E.(2)由圖線在縱軸上的截距可得蓄電池的電動(dòng)勢(shì)E3.2V，圖線斜率的絕對(duì)值|k|5.3，減去與電池串聯(lián)的定值電阻的阻值4，可得電池的內(nèi)阻r1.3.命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新例2(2017·天津理綜·9(3)某探究性學(xué)習(xí)小組利用如圖10所示的電路測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.其中電流表A1的內(nèi)阻r11.0k，電阻R19.0k，為了方便讀數(shù)和作圖，給電池串聯(lián)一個(gè)R03.0的電阻.圖10按圖示電路進(jìn)行連接后，發(fā)現(xiàn)aa、bb和cc三條導(dǎo)線中，混進(jìn)了一條內(nèi)部斷開的導(dǎo)線.為了確定哪一條導(dǎo)線內(nèi)部是斷開的，將電鍵S閉合，用多用電表的電壓擋先測(cè)量a、b間電壓，讀數(shù)不為零，再測(cè)量a、a間電壓，若讀數(shù)不為零，則一定是導(dǎo)線斷開；若讀數(shù)為零，則一定是導(dǎo)線斷開.圖11排除故障后，該小組順利完成實(shí)驗(yàn).通過(guò)多次改變滑動(dòng)變阻器觸頭位置，得到電流表A1和A2的多組I1、I2數(shù)據(jù)，作出圖象如圖11.由I1I2圖象得到電池的電動(dòng)勢(shì)EV，內(nèi)阻r.答案aabb1.41(1.361.44均可)0.5(0.40.6均可)解析用電壓擋檢測(cè)電路故障，電壓表的表頭是電流計(jì)，原電路有斷路，回路中無(wú)電流，將電壓表接在a、b間后有示數(shù)，說(shuō)明電路被接通，即a、b間有斷路故障，再測(cè)量a、a間電壓，電壓表讀數(shù)不為零，說(shuō)明斷路故障的范圍被縮小到a、a間，則一定是aa導(dǎo)線斷開；若讀數(shù)為零，則說(shuō)明電路仍未被接通，電路故障一定是bb導(dǎo)線斷開.根據(jù)閉合電路的歐姆定律得EI1(R1r1)(I1I2)(R0r)，I1I2，上式可簡(jiǎn)化為EI1(R1r1)I2(R0r)，讀出兩點(diǎn)坐標(biāo)：(60 mA,0.12 mA)和(260 mA,0.05 mA)，代入方程解得：電動(dòng)勢(shì)E1.41 V，內(nèi)阻r0.5 .變式4某同學(xué)準(zhǔn)備利用下列器材測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.A.待測(cè)干電池一節(jié)，電動(dòng)勢(shì)約為1.5V，內(nèi)阻約為幾歐姆B.直流電壓表V，量程為3V，內(nèi)阻非常大C.定值電阻R0150D.電阻箱RE.導(dǎo)線和開關(guān)根據(jù)如圖12甲所示的電路連接圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作.多次改變電阻箱的阻值，記錄每次電阻箱的阻值R和電壓表的示數(shù)U.在R坐標(biāo)系中描出的坐標(biāo)點(diǎn)如圖乙所示.圖12(1)分別用E和r表示電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，則與R的關(guān)系式為.(2)在圖乙坐標(biāo)紙上畫出R關(guān)系圖線.(3)根據(jù)圖線求得斜率kV1·1，截距bV1(保留兩位有效數(shù)字).(4)根據(jù)圖線求得電源電動(dòng)勢(shì)EV，內(nèi)阻r(保留三位有效數(shù)字).答案(1)R(2)見(jiàn)解析圖(3)4.4×103(4.2×1034.6×103均可)0.70(0.690.71均可)(4)1.52(1.451.55均可)9.09(7.5010.5均可)解析(1)由閉合電路歐姆定律可知：EU(Rr)，整理可知R.(2)作圖如圖所示.(3)根據(jù)圖線求得斜率kV1·14.4×103V1·1，截距b0.70V1.(4)由、R關(guān)系式可知k4.4×103V1·1，b0.70V1，解得E1.52V；r9.09.變式5某同學(xué)設(shè)想運(yùn)用如圖13甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，測(cè)量未知電阻Rx的阻值、電流表A的內(nèi)阻和電源(內(nèi)阻忽略不計(jì))的電動(dòng)勢(shì)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電流表的讀數(shù)始終符合實(shí)驗(yàn)要求.(1)為了測(cè)量未知電阻Rx的阻值，他在閉合開關(guān)之前應(yīng)該將兩個(gè)電阻箱的阻值調(diào)至(填“最大”或“最小”)，然后閉合開關(guān)K1，將開關(guān)K2撥至1位置，調(diào)節(jié)R2使電流表A有明顯讀數(shù)I0；接著將開關(guān)K2撥至2位置.保持R2不變，調(diào)節(jié)R1，當(dāng)調(diào)節(jié)R134.2時(shí)，電流表A讀數(shù)仍為I0，則該未知電阻的阻值Rx.(2)為了測(cè)量電流表A的內(nèi)阻RA和電源(內(nèi)阻忽略不計(jì))的電動(dòng)勢(shì)E，他將R1的阻值調(diào)到R11.5，R2調(diào)到最大，將開關(guān)K2撥至2位置，閉合開關(guān)K1；然后多次調(diào)節(jié)R2，并在表格中記錄下了各次R2的阻值和對(duì)應(yīng)電流表A的讀數(shù)I；最后根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，他畫出了如圖乙所示的圖象，根據(jù)你所學(xué)的知識(shí)和題中所給字母寫出該圖象對(duì)應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式為：；利用圖象中的數(shù)據(jù)可求得，電流表A的內(nèi)阻RA，電源(內(nèi)阻忽略不計(jì))的電動(dòng)勢(shì)EV.圖13答案(1)最大34.2(2)R20.54解析(1)為了保護(hù)電路，需要將電阻箱的阻值都調(diào)至最大，因?yàn)閮煞N情況下電流表示數(shù)相同，Rx和R1等效，所以RxR134.2.(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律得：EI(R1R2RA)，解得R2，故R2圖象的斜率為，則縱截距為，代入數(shù)據(jù)可得：，0.5，解得E4 V，RA0.5 .