2023年届高考物理：实验测定电源的电动势和内阻含答案.pdf

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1、教 学 资 料 范 本 2023届 高 考 物 理：试 验 测 定 电 源 的 电 动 势 和 内 阻 含 答 案 编 辑:时 间:1/161.试 验 目 的(1)测 定 电 源 的 电 动 势 和 内 阻。(2)加 深 对 闭 合 电 路 欧 姆 定 律 的 理 解。2.试 验 原 理(1)如 图 甲 所 示，转 变 R的 阻 值，从 电 压 表 和 电 流 表 中 读 出 几 组 U、/值，利 用 闭 合 电 路 的 欧 姆 定 律 求 出 几 组 E、/值，最 终 分 别 算 出 它 们 的 平 均 值。用 图 象 法 来 处 理 数 据，在 坐 标 纸 上 以/为 横 坐 标、U为 纵

2、 坐 标，用 测 出 的 几 组/、U值 画 出 U/图 象，如 图 乙 所 示，直 线 跟 纵 轴 的 交 点 的 纵 坐 标 表 示 电 源 电 动 势 E的 值，图 线 的 斜 率 确 实 定 值 即 电 源 内 阻 r的 值。甲 乙 2/163.试 验 器 材 电 池、电 压 表、电 流 表、滑 动 变 阻 器、开 关、导 线、坐 标 纸 和 刻 度 尺。4.试 验 步 骤(1)电 流 表 用 0.6 A的 量 程，电 压 表 用 3V的 量 程，按 试 验 原 理 图 连 接 好 电 路。(2)把 滑 动 变 阻 器 的 滑 片 移 到 使 接 入 电 路 的 阻 值 最 大 的 一

3、 端。(3)闭 合 开 关，调 整 滑 动 变 阻 器，使 电 流 表 有 明 显 示 数 并 记 录 一 组 数 据(1,%)。用 同 样 的 方 法 再 测 量 几 组/、U值，填 入 表 格 中。(4)断 开 开 关，撤 除 电 路，整 理 好 器 材。5.数 据 处 理 公 式 法：联 立 六 组 对 应 的 U、/数 据，满 足 关 系 式 U=E/r、U=E T1 1 2 2r、U3=E-I3 r.，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

4、电 池 的 电 动 势 和 内 阻 r。(2)图 象 法：在 坐 标 纸 上 以 路 端 电 压 U为 纵 轴、干 路 电 流/为 横 轴 建 立 U 坐 标 系，在 坐 标 平 面 内 描 出 各 组(1,S 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，则 直 线 与 纵 轴 交 点 的 纵 坐 标 值 即 是 电 池 电 动 势 的 大 小(一 次 函 数 的 纵 轴 截 距)，直 线 的 斜 率 确 定 值 即 为 电 池 的 内 阻 r,BPr=o I6.误 差 分 析

5、偶 然 误 差：电 表 读 数 及 用 图 象 法 求 E和 州 作 图 不 准 确。3/16(2)系 统 误 差：照 试 验 原 理 图 甲 中 由 于 电 压 表 的 分 流，测 量 结 果 是：芯 测 真，测 真。7.留 意 事 项(1)可 选 用 旧 电 池：为 了 使 电 路 的 路 端 电 压 变 化 明 显，电 池 的 内 阻 宜 大 些，可 选 用 已 使 用 过 一 段 时 间 的 一 节 干 电 池。(2)电 流 不 要 过 大，读 数 要 快：干 电 池 在 大 电 流 放 电 时，电 动 势 E会 明 显 下 降，内 阻 r会 明 显 增 大。因 此，试 验 中 不 要

6、 将 电 流/调 得 过 大，读 电 表 要 快，每 次 读 完 马 上 断 电。计 算 法 求 E、r：要 测 出 不 少 于 6组 1、U数 据，且 变 化 范 围 要 大 些，用 方 程 组 求 解 时，要 将 测 出 的/、U数 据 中，第 1式 和 第 4式 为 一 组、第 2式 和 第 5式 为 一 组、第 3式 和 第 6式 为 一 组，分 别 解 出 E、/值 再 求 平 均 值。合 理 选 择 标 度：为 使 图 线 分 布 空 间 大，如 下 图，纵 坐 标 可 以 不 从 零 开 始，则 图 线 和 横 轴 的 交 点 不 再 是 短 路 电 流，电 源 的 内 阻 不

7、能 用 r=E_I截 距 确 定，应 依 据 楠 定。4/16试 验 电 路 设 计 与 器 材 选 取 1.试 验 电 路 的 选 择 干 电 池 的 内 阻 很 小，电 流 表 应 相 对 电 源 外 接。2.试 验 仪 器 的 选 择 干 电 池 的 电 动 势 大 约 为 1.5 V,电 压 表 应 选 择 量 程 为 3 V 的。滑 动 变 阻 器 的 选 择 要 留 意 保 证 明 验 的 安 全 性 及 便 利 调 整 等 问 题。题 组 训 练 1.在 测 一 节 干 电 池（电 动 势 约 为 1.5 V,内 阻 约 为 2。）的 电 动 势 和 内 阻 的 试 验 中，电

8、压 表 和 滑 动 变 阻 器 各 有 两 个 供 选 择:A.电 压 表 量 程 为 15 VB.电 压 表 量 程 为 3 VC.滑 动 变 阻 器 为 0 20。，3A5/16D.滑 动 变 阻 器 为 0 50 0。，0.2 A电 压 表 应 中 选（选 填 A”或 B”），这 是 由 于 O滑 动 变 阻 器 应 中 选（选 填 C”或 D”），这 是 由 于 O 解 析 待 测 干 电 池 电 动 势 约 为 L5 V,而 A 电 压 表 量 程 为 15 V,假 设 用 A 则 很 难 准 确 读 数，误 差 太 大，故 电 压 表 应 中 选 B；D 滑 动 变 阻 器 阻 值

9、 范 围 太 大 而 且 额 定 电 流 过 小，调 整 不 便 利，故 滑 动 变 阻 器 应 中 选 Co 答 案 B A电 压 表 量 程 过 大，读 数 误 差 较 大 CD滑 动 变 阻 器 阻 值 范 围 太 大 而 且 额 定 电 流 过 小，调 整 不 便 利 2.要 准 确 测 量 一 个 直 流 电 源 的 电 动 势 和 内 阻，有 以 下 试 验 器 材 可 供 选 择：A.待 测 电 源（电 动 势 约 为 4.5 V,内 阻 约 为 2。）B.电 流 表 A（量 程 为 0.6 A,内 阻 为 1。）C.电 压 表 Vi（量 程 为 15 V,内 阻 为 3 k。）

10、D.电 压 表 V2（量 程 为 3 V,内 阻 为 2 k C）E.定 值 电 阻 R=5 0 0 OF.定 值 电 阻 R2=IO O O。G.滑 动 变 阻 器 R（阻 值 范 围 为 0 20 0）H.开 关 及 导 线 假 设 干 该 试 验 中 电 压 表 应 选,定 值 电 阻 应 选（均 选 填 器 材 前 面 的 序 号）。（2）在 方 框 中 画 出 试 验 电 路 图。解 析（1）待 测 电 源 的 电 动 势 约 为 4.5 V,用 量 程 为 15 V 的 电 压 表 V i读 数 误 差 较 大，选 用 量 程 为 3 V 的 电 压 表 丫 2,需 串 联 电 阻

11、 扩 大 电 压 表 丫 2的 量 程，E U V串 联 的 定 值 电 阻 R=R-1 ooo 故 电 压 表 应 选 D,定 值 电 阻 应 选 Fo（2）如 下 图。6/16甲 乙 答 案(DD F(2)见 解 析 图 1.计 算 方 法 试 验 数 据 处 理 与 分 析 I1U2-I2U1E=-解 方 程 组 但=Ul+【lr 11-12今 求 平 均 值 lE=U2+I2r U2-U1r I 11-122.图 象 法：画 出 电 源 的 U-1图 象，如 下 图,7/16由 U=-/7+E-k=rb=E 图 线 与 纵 轴 交 点 为 E(2)图 线 斜 率 确 实 定 值 表 示

12、 r=|+题 组 训 练 1.在“测 定 电 源 的 电 动 势 和 内 阻”的 试 验 中：(1)按 图 甲 所 示 的 试 验 电 路，用 笔 画 线 代 替 导 线 把 图 乙 中 的 实 物 电 路 连 接 完 整。丙 甲 乙 8/16 图 丙 是 依 据 试 验 数 据 作 出 的 5/图 象，由 图 可 知，电 源 的 电 动 势 E=V,内 阻 厂=。O 解 析 试 验 电 路 图 如 下 图。(2)由 题 图 丙 可 知，电 源 的 U 图 象 与 纵 轴 交 点 的 纵 坐 标 值 是 1.5,则 电 源 电 动 势=1.5 V,电 源 内 阻 r=J/0 0=1 Slo 答

13、 案 见 解 析 图(2)1.5 12.小 明 利 用 如 下 图 的 试 验 装 置 测 量 一 干 电 池 的 电 动 势 和 内 阻。(1)图 中 电 流 表 的 示 数 为 A。(2)调 整 滑 动 变 阻 器，电 压 表 和 电 流 表 的 示 数 记 录 如 下:UN 1.45 1.36 1.27 1.16 1.069/16Z/A 0.12 0.20 0.28 0.36请 依 据 表 中 加 数 据，坐 标 X上 作 出 3 图 线，0.44由 图 线 求 得：电 动 势=V,内 阻 r=d(3)试 验 时，小 明 进 展 了 屡 次 测 量，花 费 了 较 长 时 间，测 量 期

14、 间 始 终 保 持 电 路 闭 合。其 实，从 试 验 误 差 考 虑，这 样 的 操 作 不 妥，由 于 _ O 解 析(1)电 流 表 选 用 量 程 为 0 0.6 A,分 度 值 为 0.02 A,则 其 读 数 为 0.44 A o(2)坐 标 系 选 择 适 宜 的 标 度，依 据 表 中 数 据 描 点 作 出 的 U-I 图 线 如 下 图。10/16AU图 线 与 纵 轴 交 点 为“1.61 V，故 E=1.61 V,由 图 线 的 斜=1-24*I率 知，电 池 内 阻 为 1.24 d 留 意 此 处 不 要 用 图 象 与 纵 轴 交 点 值 除 以 与 横 轴 交

15、 点 值。(3)长 时 间 保 持 电 路 闭 合，电 池 会 发 热，电 池 内 阻 会 发 生 变 化，干 电 池 长 时 间 放 电，也 会 引 起 电 动 势 变 化，导 致 试 验 误 差 增 大。答 案(1)0.44 图 线 见 解 析 1.61(1.59 1.63均 可)1.24(1.22 1.26 均 可)干 电 池 长 时 间 使 用 后，电 动 势 和 内 阻 会 发 生 变 化，导 致 试 验 误 差 增 大 试 验 拓 展 与 创 测 电 源 电 动 势 和 内 阻 的 试 验 是 高 中 物 理 电 学 中 的 重 要 试 验，试 验 原 理 是 闭 合 电 路 欧

16、姆 定 律，但 试 验 方 案 敏 捷 多 变，数 据 处 理 方 法 不 断 翻，特 别 是 利 用 图 象 法 求 解 电 源 电 动 势 和 内 阻，更 是 把 戏 百 出，如 常 见 以 下 两 种 创 点：11/16安 阻 法 1.用 一 个 电 流 表 和 电 阻 箱 测 量，电 路 如 下 图，测 量 原 理 为：E=/q 1+r),E=I2(R2+r),由 此 可 求 出 E和 r,此 种 方 法 使 测 得 的 电 动 势 无 偏 差,内 阻 偏 大。2.假 设 电 流 表 A的 阻 值 可 消 退 测 内 阻 的 系 统 误 差。伏 阻 法 1.用 一 个 电 压 表 和

17、电 阻 箱 测 量，电 路 如 下 图，测 量 原 理 为：E=U+UI,U2r,E=U+RI 2 R2r,由 此 可 求 出 E和 r,此 种 方 法 测 得 的 电 动 势 和 内 阻 均 偏 小。1 I,12.依 据 闭 合 电 路 欧 姆 定 律 公 式 变 形 结 合 图 象 可 得-U E R1利 用 斜 率、截 距 分 析 计 算。12/16 题 组 训 练 1.如 下 图 为 某 兴 趣 小 组 测 量 电 池 组 的 电 动 势 和 内 阻 的 试 验 原 理 图,电 池 组 的 电 动 势 约 为 3 V,内 阻 约 为 2。现 供 给 的 器 材 如 下：A.电 池 组

18、B.电 压 表 Vi（量 程 0 10 V,内 阻 约 为 10 000。）C.电 压 表 V2（量 程 0 3 V,内 阻 约 为 3 000。）D.电 阻 箱 R（0 99.9。）E.定 值 电 阻 g=2 0。F.定 值 电 阻 7?2=10。0。G.开 关 和 导 线 假 设 干 假 设 要 准 确 测 量 电 源 的 电 动 势 和 内 阻，电 压 表 V应 选 择（选 填“B”或 C”）；定 值 电 随 R 应 选 择（选 填 E”或 F”）。（2）转 变 电 阻 箱 的 阻 值 R,记 录 对 应 电 压 表 的 读 数 U,作 出 的 U R图 象 如 下 图，图 线 与 横、

19、纵 坐 标 轴 的 截 距 分 别 为 一 从 a,定 值 电 阻 的 阻 值 用 叫）表 示，则 可 得 该 电 池 组 的 电 动 势 为,内 阻 为（用 字 母 表 示）。13/16 该 试 验 测 得 的 电 动 势 与 真 实 值 相 比(选 填“偏 大”“偏 小”或“不 变”)，内 阻 的 测 量 值 与 真 实 值 相 比(选 填“偏 大”“偏 小”或“不 变”)。解 析(1)电 压 表 V.的 量 程 太 大，使 得 电 压 表 指 针 的 偏 角 太 小，测 量 误 差 太 大，&=1 0 0 0 C 的 定 值 电 阻 太 大，使 得 电 压 表 指 针 的 偏 角 太 小

20、，且 在 转 变 电 阻 箱 阻 值 时，电 压 表 的 示 数 变 化 不 明 显，故 电 压 表 选 择 C,定 值 电 阻 选 择 Eo 由 闭 合 电 路 欧 姆 定 律 得/=%+/?),化 简 得 1 支 1,一，则 有 AR U E R E_ a _ r+R 0 a=,解 得 E=L r=L R。b E E a b 0(3)考 虑 到 电 压 表 的 分 流 作 用，则 有 E R+l Q+E V+R),(R RVj o变 大 形 m U1 r+RE O R1 1 E-r+RO-小 扣 住 R 乂 八，,年 1 r演+R心 O a算 时 4照 n s旧 m1 r+RO 1 1用

21、不+C求 解 E 和 r,则 求 得 的 值 均 偏 小。U D K D 答 案(1)C E(2)1 1-R 偏 小 偏 小 a b 02.(20 xx辽 宁 铁 岭 联 考)随 着 全 世 界 开 头 提 倡 低 碳 经 济 的 进 展，电 动 自 行 车 产 品 已 越 来 越 受 到 大 家 的 14/16青 睐，某 同 学 为 了 测 定 某 电 动 车 的 电 池 的 电 动 势 和 内 电 阻，设 计 了 如 图 甲 所 示 电 路，供 给 的 试 验 器 材 有：甲 乙 A.电 动 车 的 电 池 一 组，电 动 势 约 为 12V,内 阻 未 知 B.直 流 电 流 表，量 程

22、 300 m A,内 阻 很 小 C.电 阻 箱 R,阻 值 范 围 为 0999.9。D.定 值 电 阻 号,阻 值 为 10。E.导 线 和 开 关 当 他 闭 合 开 关 时 觉 察，无 论 怎 样 调 整 电 阻 箱，电 流 表 都 没 有 示 数，反 复 检 查 后 觉 察 电 路 连 接 完 好，估 量 是 某 一 元 件 损 坏，因 此 他 拿 来 多 用 电 表 检 查 故 障，他 的 操 作 如 下：断 开 电 源 开 关 S；将 多 用 电 表 选 择 开 关 置 于 X 1C 挡，调 零 后，红 黑 表 笔 分 别 接 R 西 端，读 数 为 10 C;将 多 用 电 表

23、 选 择 开 关 置 于 X 10C 挡，调 零 后，将 红 黑 表 笔 分 别 接 电 阻 箱 两 端，觉 察 指 针 读 数 如 图 乙 所 示，则 所 测 阻 值 为 Q,然 后 又 用 多 用 电 表 分 别 对 电 源 和 开 关 进 展 检 测，觉 察 电 源 和 开 关 均 完 好。由 以 上 操 作 可 知，发 生 故 障 的 元 件 是 O 在 更 换 规 格 一 样 的 元 件 后 重 连 接 好 电 路。15/16(3)转 变 电 阻 箱 的 阻 值 R,分 别 测 出 通 过 阻 值 为 Ro=lO。的 定 值 电 阻 的 电 流/,以 下 三 组 关 于 R的 取 值

24、 方 案 中，比 较 合 理 的 方 案 是(选 填 方 案 编 号“1”2”或“3”I方 案 编 号 电 阻 箱 的 阻 值 R/C1 300.0 250.0 200.0 150.0 100.02 100.0 85.0 70.0 55.0 40.03 40.0 30.0 25.0 20.0 15.0(旬 依 据 试 验 数 据 描 点，绘 出 的-R图 象 是 一 条 直 线。假 设 直 线 的 斜 率 为 上 左 I坐 标 轴 上 的 截 距 为 心 则 该 电 源 的 电 动 势 E=,内 阻 r=。(用 A,方 和 Ro表 示)解 析(1)欧 姆 表 表 盘 读 数 为“7，倍 率 为

25、“X 10”，故 所 测 阻 值 为 70 C；故 障 检 测 时，除 电 流 表 外 其 余 局 部 均 没 有 问 题，故 问 题 只 能 出 在 电 流 表 处；(3)为 减 小 电 流 表 的 读 数 误 差，电 流 表 指 针 偏 转 角 度 应 当 尽 量 大 于 三 分 之 一，即 电 流 范 围 为 100 mA/W300 m A,依 据 欧 姆 定 律，总 电 阻 范 围 为 120Q 2 R 2 4 0 Q,扣 除 定 值 电 阻 1 0。，即 电 流 表 内 阻 和 电 源 内 阻 加 上 电 阻 箱 电 阻 应 当 大 于 等 于 30 Q 而 小 于 等 于 110 1,由 于 电 流 表 内 阻 不 计，故 应 中 选 方 案 2；(4)依 据 闭 合 电 路 欧 姆 定 律，有 E=/(r+R 则 1=1/?+如，为 比 照 一 次 函 数 y=kx+b,R相 当 于 X,如 当 于 k,1 相 当 于 y,(r+R。)相 当 于 b；E I解 得 E=l,r=b-R。k k 答 案(1)70 电 流 表(3)2(4(;416/16