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1、实验十三测量电源的电动势和内阻【素养目标】1.会用电流表和电压表测量电源的电动势和内电阻.2.进一步加深对闭合电路欧姆定律的理解.3.进一步熟练掌握电压表和电流表的使用方法必备知识自主落实一、实验思路与操作电路图与思路操作要领思路：根据闭合电路欧姆定律EUIr，改变外电路电阻R，用电流表和电压表测出U、I的两组数据，列出两个关于E、r的方程，从而解出E和r.(1)连接电路：按实验电路图连接好电路(2)测量与记录：闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，读出电压表的读数U和电流表的读数I，并填入事先绘制好的表格中二、数据处理及分析1计算方法解方程组求平均值2图像法：画出电源的U I图像，如图所示，由Ur
2、I(1)图线与纵轴交点为E；(2)图线斜率的绝对值表示内阻，即r.注意事项(1)电池选取：应选用内阻较大的电池(2)实验操作：实验中不宜将电流调得过大，电表读数更快，每次读完数后立即断开开关(3)数据要求：要测出不少于6组的(I，U)数据，且变化范围要大些(4)合理选择标度：为使图线分布空间大，如图所示，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误差分析(1)用图像法求E和r时作图不准确(2)由于电流表或电压表的分压或分流存在系统误差(3)本实验中测量结果是：E测E真，r测r真关键能力精准突破考点一教材原型实验例1 2023河北保定二模某物理兴趣小组用如图甲所示的电路测定一电源(电
3、动势约为3 V)的电动势和内阻，要求尽可能减小实验误差可供选择的器材有：A电流表A(量程为0.6 A、内阻不计)；B电压表V(量程为3 V、内阻约为5 k)；C滑动变阻器R1(最大阻值为20 ，允许通过的最大电流为2.0 A)；D滑动变阻器R2(最大阻值为2 k，允许通过的最大电流为1.0 A)(1)本实验中滑动变阻器应选用_(选填“C”或“D”)(2)该小组进行正确的实验操作，得到几组电压表的示数U和对应的电流表的示数I，作出UI图像如图乙所示，根据图像可知，该电源的电动势E_ V、内阻r_ .(结果均保留2位有效数字)(3)若实验操作及数据处理均无误，则电源电动势的测量值_电源电动势的真实
4、值，电源内阻的测量值_电源内阻的真实值(均选填“大于”“小于”或“等于”)解题心得针 对 训 练1.在“测定电池的电动势和内电阻”实验中(1)某同学用多用电表粗测一节干电池的电动势，选择开关应置于合适位置，下列符合要求的是_(2)该同学根据图甲中的电路图将实验仪器连接成如图乙所示的实验电路，a、b、c、d四条导线中，其中有一条导线连接错误，该导线是_(3)该同学利用正确的电路测得多组电流、电压值，并根据实验数据得到如图丙所示的U I图线，由此可知该电池的电动势E_V，内阻r_.(均保留三位有效数字)考点二探索创新实验考向1实验方法方案的拓展(“电表电阻箱”法)实验思路实验原理EI1(R1r)E
5、I2(R2r)EU1rEU2r图像Rr例2 2023河北唐山第一次联考物理课外活动小组学习了“测量电源的电动势和内阻”后，设计了如图甲所示的实验电路(1)若闭合开关S1，将单刀双掷开关S2掷向a，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电压表的读数U，处理数据得到如图乙所示图像，则 的关系式为_(2)若断开S1.将单刀双掷开关S2掷向b，改变电阻箱R的阻值得到一系列的电流表的读数I，处理数据得到如图丙所示图像，则 R关系式为_(3)同学们对实验结果进行了误差分析，发现将两个图像综合利用，完全可以避免由于电压表分流和电流表分压带来的系统误差已知图像乙和丙的纵轴截距分别为b1、b2，斜率分别为k1、k2，则
6、电源的电动势E_，内阻r_解题心得考向2利用传感器测定电源电动势和内阻例3 某同学欲测电源a的电动势和内阻设计了如图甲所示的电路其中电源a的电动势E1约为3 V，内阻r1约为2 ；电源b的电动势E2约为4.5 V，内阻r2约为3 .实验步骤如下：将R1、R2调至适当的阻值，闭合开关S1；闭合开关S2，再调节R1、R2，使电流传感器的示数恰好为零；改变R1和R2，使电流传感器的示数为零，获得多组电压表、电流表的测量值；依据所测数据画出电压表示数随电流表示数变化的UI图像实验室提供的器材有：A电压表(量程为1 V、内阻为3 000 )B电压表(量程为3 V、内阻为5 000 )C电流表(量程为0.
7、3 A、内阻约为0.5 )D电流传感器(内阻不计)E滑动变阻器，最大阻值为10 F滑动变阻器，最大阻值为40 G滑动变阻器，最大阻值为60 H两个开关及若干导线完成下列问题(1)按图甲所设计的实验电路，连接图乙中的实物图(2)在实验中，滑动变阻器R2选G，则电压表应选择_，滑动变阻器R1应选择_(填器材前面的字母)(3)作出的UI图像如图丙所示，可得到E1_ V、r1_ .(4)从系统误差角度并结合闭合电路欧姆定律分析，该实验电源电动势和内阻的测量值与真实值相比分别_、_(选填“偏大”“偏小”或“相等”)解题心得针 对 训 练2.2023山东青岛期初调研某实验小组要测量某型号电池的电动势和内阻
8、，在实验室中找到如下器材：A量程为6 V的电压表V1，内阻很大；B量程为3 V的电压表V2，内阻很大；C电阻箱R，调节范围为0999.9 ；D定值电阻R0，阻值约为10 ；E开关和导线若干该实验小组设计了如图甲所示的电路图，并完成了如下的操作：(1)组装好实验器材后，将电阻箱的阻值调到最大，开关闭合，减小电阻箱的阻值，读出两电压表V1、V2的示数U1、U2及相应的电阻箱示数R，反复调节，记录多组实验数据(2)该实验小组利用(1)中的数据建立如图乙所示的坐标系并绘制图像，由图像可知该电池的电动势E_ V，内阻r_ .(结果均保留2位有效数字)(3)本实验还可以准确测量R0的阻值，该实验小组利用(
9、1)中的数据建立如图丙所示的坐标系并绘制图像，则图像与纵轴的交点a_；由图像可知电路图甲中定值电阻的阻值R0_ (结果保留1位小数)32023湖南名校第二次联考一实验小组利用图甲所示电路测量一电源的电动势E和内阻r.图甲中电流表量程为50 mA，内阻RA10 ；定值电阻R1R220 ；电阻箱R(最大阻值为999.9 )；S为开关完成下列填空：(1)按电路图连接电路闭合开关S，多次调节电阻箱，记录下阻值R和电流表的相应读数I，用R、R1、R2、RA、E和r表示，则_.(2)利用测量数据，作出 图线，如图乙所示，则E_ V，r_ .(均保留2位有效数字)(3)若将图甲中的电流表当成理想电表，得到的
10、电源电动势为E_；由此产生的误差为100%_%.(均保留2位有效数字)实验十三测量电源的电动势和内阻关键能力精准突破例1解析：(1)因R2阻值偏大，不方便实验操作，则本实验中滑动变阻器应选用R1，即选用C.(2)由图乙及UEIr可知，该电源的电动势E2.8 V，内阻r 4.5 .(3)由于电压表的分流作用，电流的测量值小于真实值，UI图像如图所示，由图像可知，电源电动势的测量值小于真实值；电源内阻r，由图像可知，电源内阻的测量值小于真实值答案：(1)C(2)2.84.5(3)小于小于1解析：(1)用多用电表粗测电源电动势应用直流电压2.5 V挡，故选B.(2)图乙中，电压表应并联在电源和开关的
11、两端，故导线b错误(3)U I图线纵轴交点表示电动势E1.46 V；斜率的绝对值表示内阻r 0.774 .答案：(1)B(2)b(3)1.46(1.451.47均可)0.774(0.7600.780均可)例2解析：(1)根据闭合电路欧姆定律可知，EUIrUr，则.(2)根据闭合电路欧姆定律可知EI(Rr)，得到与R的关系式为R.(3)由图甲分析可知，利用伏阻法时，由于电压表的分流作用，通过电源的电流实际大于，若考虑通过电压表的电流，则表达式为EUIrU()r则，则k1；利用安阻法时，考虑电流表内阻，可得R，则k2.那么根据k1，k2，可得E，r.答案：(1)(2)R(3)例3解析：(1)依照电
12、路图连接实物图，如图所示，注意线不能交叉(2)因电动势E1约为3 V，则电压表选择B，电流传感器两端电势相等时，流过电流传感器的电流等于零，则有，解得R140 ，所以滑动变阻器R1应选F.(3)由E1UIr1可得，UE1Ir1，结合题图丙分析可得E12.9 V，r12.0 .(4)当电流传感器示数为零时，整个回路等效为串联电路，流过两电源的电流相等，电流表示数为流过待测电源a的电流值，电压表测量的电压是待测电源a两端的电压值，均无系统误差，所以本实验中测量值没有误差，则该实验电源电动势和内阻的测量值与真实值相比都相等答案：(1)见解析图(2)BF(3)2.92.0(4)相等相等2解析：(2)根
13、据闭合电路欧姆定律得EU1，变形得U1Er，由此可知，图乙的纵截距为电动势E6.0 V，斜率的绝对值为内阻r 3.0 .(3)由题可知，R0和R串联，电流相等，即，变形得1，由此可知，丙图的纵截距为a1，斜率为1，解得R09.0 .答案：(2)6.03.0(3)19.03解析：(1)由电路图可知，R1与电流表串联后与电阻箱并联，然后再与R2串联，由闭合电路欧姆定律可知，IR2rE，变形可得.(2)由(1)中分析及图乙可知172 A1，14 A1，解得E3.6 V，r0.81 .(3)若将图甲中的电流表当成理想电表，得到的电源电动势为E，则由(2)的解析可得E3.7 V，故|100%2.8%.答案：(1)(2)3.60.81(3)3.72.8