第3課時逐解課標實驗—測量電源的電動勢和內(nèi)阻

[把握經(jīng)典實驗方案]一、基本原理與操作原理裝置圖操作要領(lǐng)(1)安裝：按照原理裝置圖安裝實驗儀器。(2)操作：閉合開關(guān)，改變滑動變阻器連入電路部分的阻值，測量多組(U、I)值。(3)作圖：坐標軸標度要適當，單位要標注，連線時要使各數(shù)據(jù)點均勻分布在圖線的兩側(cè)，明顯偏離圖線的點要舍去。二、核心關(guān)鍵——數(shù)據(jù)處理[融通多彩實驗方案]1．魯科版新教材——科學測量：電源的電動勢和內(nèi)阻[要點解讀](1)教材只介紹了伏安法測量電源的電動勢和內(nèi)阻。(2)教材介紹了數(shù)據(jù)處理的兩種方法：公式法和圖像法。(3)教材在課后練習中涉及了伏阻法、安阻法測量電動勢和內(nèi)阻。實驗原理圖2．粵教版新教材——測量電源的電動勢和內(nèi)阻[要點解讀](1)教材介紹了伏安法、安阻法測量電源的電動勢和內(nèi)阻。(2)教材介紹了數(shù)據(jù)處理的兩種方法：公式法和圖像法。(3)教材在“實踐與拓展”欄目中引導學生自主設(shè)計用伏阻法測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗方案。實驗原理圖[歸納共性實驗關(guān)鍵]1．不變的實驗原理測量電動勢和內(nèi)阻的三種法：2．必備的實驗器材電池(待測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導線、坐標紙。3．通用的數(shù)據(jù)處理方法公式法和圖像法。伏安法電壓表、電流表、滑動變阻器組合使用。安阻法電流表、電阻箱組合使用。伏阻法電壓表、電阻箱組合使用。考法一實驗原理與操作1．(2022·青島模擬)為了測量一節(jié)新干電池的電動勢和內(nèi)阻。(1)某同學使用多用電表粗測電池的電動勢，以下操作不必要的是________。A．使用前進行歐姆調(diào)零B．選擇直流2.5V擋進行測量C．實驗結(jié)束后將擋位旋至交流電壓最高擋D．紅表筆接電源的正極，黑表筆接電源的負極(2)

如圖甲所示，A、B、C、D是滑動變阻器的四個接線柱，在使用時要求滑片P向右滑動接入電路的電阻變大，則接入電路的接線柱可以是________。A．A和B

B．B和CC．A和D

D．C和D(3)某同學準備用以下給定的器材和一些導線來完成實驗，器材如下。A．量程3V的電壓表VB．量程0.6A的電流表AC．定值電阻R0(R0

＝1.5Ω)D．滑動變阻器R1(0～10Ω)E．開關(guān)S①請用筆畫線代替導線在圖乙中完成實物圖連接。②實驗中，改變滑動變阻器的阻值，得到了六組實驗數(shù)據(jù)，已在圖丙所示U-I坐標系中描點，請作出U-I圖像，根據(jù)圖像得出該干電池的內(nèi)阻r＝________Ω(保留兩位有效數(shù)字)。解析：

(1)使用多用電表粗測干電池的電動勢，由于測量的是電壓，不用進行歐姆調(diào)零，A為非必要操作；實驗測量對象是電壓為1.5V左右的干電池，應(yīng)選用2.5V的直流擋，B操作必要；實驗結(jié)束后，多用電表旋鈕要旋轉(zhuǎn)到OFF擋或交流電壓最高擋，C操作必要；測量時，紅表筆接電源的正極，黑表筆接電源的負極，D操作必要。(2)將A和B接入電路時，滑動變阻器相當于定值電阻，滑片P向右滑動，接入電路的電阻不變，A錯誤；將B和C接入電路時，滑片P向右滑動，接入電路的電阻減小，B錯誤；將A和D接入電路時，滑片P向右滑動，接入電路的電阻變大，C正確；將C和D接入電路時，滑動變阻器相當于導線，滑片P向右滑動，接入電路的電阻始終不變，D錯誤。答案：(1)A

(2)C

(3)見解析圖1

②見解析圖2

0.42(0.40～0.44均可)2．(2021年8省聯(lián)考·河北卷)在測量電源電動勢和內(nèi)阻的實驗中，實驗室提供了如下器材和參考電路：電壓表V1(量程3V，內(nèi)阻約6kΩ)電壓表V2(量程1V，內(nèi)阻約6kΩ)電流表A1(量程0.6A，內(nèi)阻約0.1Ω)電流表A2(量程2mA，內(nèi)阻約1Ω)滑動變阻器R1(最大阻值3kΩ)滑動變阻器R2(最大阻值10Ω)定值電阻R3(阻值1Ω)開關(guān)，導線若干(1)甲同學想要測量馬鈴薯電池的電動勢(約1.0V)和內(nèi)阻(約500Ω)。選用合適器材后，應(yīng)選擇最優(yōu)電路________(填寫參考電路對應(yīng)的字母)進行測量。(2)乙同學想要測量一節(jié)新干電池的電動勢和內(nèi)阻。選用合適器材后，應(yīng)選擇最優(yōu)電路________(填寫參考電路對應(yīng)的字母)進行測量。(3)乙同學將測得的數(shù)據(jù)在坐標紙上描點如圖。請畫出U-I圖像，并求出電動勢E為________V，內(nèi)阻r為________Ω(小數(shù)點后保留兩位)。解析：(1)馬鈴薯電池的電動勢較小，B圖中電壓表分流，所以電流表測量的干路電流偏小，則電動勢測量值偏小，所以不宜選用；選擇A圖測量的干路電流I準確，根據(jù)閉合電路的歐姆定律E＝U＋Ir可知，當I＝0時，斷路電壓即為電動勢，所以A圖能準確測量馬鈴薯電池的電動勢，內(nèi)阻測量偏大，為電流表和馬鈴薯電池的內(nèi)阻之和，但因為馬鈴薯電池的內(nèi)阻遠大于電流表內(nèi)阻，所以誤差較小，故選A圖。(2)新的干電池內(nèi)阻較小，所以需要給電池串聯(lián)一個定值電阻R3，方便測量，而D圖中測量的內(nèi)阻為電流表內(nèi)阻、電源內(nèi)阻和定值電阻R3之和，因為干電池內(nèi)阻較小，所以內(nèi)阻的測量會引起較大誤差，所以選擇C圖。(3)做出U-I圖像如圖所示。答案：(1)A

(2)C

(3)見解析圖1.48

0.10[關(guān)鍵點撥]1．電表的選擇(1)根據(jù)被測電池的電動勢大小確定電壓表的量程，為減小讀數(shù)誤差，在條件允許的情況下，一般選量程稍微小一些的電壓表。(2)為保護電池，電流一般不太大，故電流表量程一般選0～0.6A的，但在量程相同的情況下，因所選電路的不同，對電流表的要求也不同，且一般選內(nèi)阻已知的電表。2．電路的選擇：在電池內(nèi)阻較小，在電表內(nèi)阻未知的情況下，為減少實驗誤差，通常選取例2中電路圖B進行測量；如電池內(nèi)阻較大，則選例2中電路圖A進行測量。3．圖像的意義：無論縱軸U是否從0開始，圖線與U軸交點的縱坐標均表示電池的電動勢，圖線的斜率大小均為電池的內(nèi)電阻。考法二數(shù)據(jù)處理與誤差分析3．(2021·湖北高考)小明同學打算估測5個相同規(guī)格電阻的阻值?，F(xiàn)有一個量程為0.6A的電流表、一個電池組(電動勢E不大于4.5V、內(nèi)阻r未知)、一個阻值為R0的定值電阻、一個阻值為R1的定值電阻(用作保護電阻)，開關(guān)S和導線若干。他設(shè)計了如圖(a)所示的電路，實驗步驟如下：第一步：把5個待測電阻分別單獨接入A、B之間，發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)基本一致，據(jù)此他認為5個電阻的阻值相等，均設(shè)為R。第二步：取下待測電阻，在A、B之間接入定值電阻R0，記下電流表的示數(shù)I0。第三步：取下定值電阻R0，將n個(n＝1,2,3,4,5)待測電阻串聯(lián)后接入A、B之間，記下串聯(lián)待測電阻的個數(shù)n與電流表對應(yīng)示數(shù)In。根據(jù)上述數(shù)據(jù)作出Y-n圖像，如圖(b)所示，可得R＝________Ω(保留2位有效數(shù)字)，同時可得E＝________V(保留2位有效數(shù)字)。(4)本實驗中電流表的內(nèi)阻對表中Y的測量值________影響(選填“有”或“無”)。n12345In/A0.3340.2860.2500.2240.200Y/A－12.5001.9981.4951.0300.4954．(2021·天津等級考)

隨著智能手機的廣泛應(yīng)用，充電寶成為手機及時充電的一種重要選擇。充電寶可以視為與電池一樣的直流電源。一充電寶的電動勢約為5V，內(nèi)阻很小，最大放電電流為2A，某實驗小組測定它的電動勢和內(nèi)阻。他們剝開充電寶連接線的外絕緣層，里面有四根導線，紅導線為充電寶的正極，黑導線為充電寶的負極，其余兩根導線空置不用，另有滑動變阻器R用于改變電路中的電流，定值電阻R0＝3Ω，兩只數(shù)字多用電表M、N，兩表均為理想電表，并與開關(guān)S連成如圖所示電路。(1)圖中測量電流的電表是________，測量電壓的電表是________。(均填寫字母M或N)(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器，測得多組I、U數(shù)據(jù)，記錄如下表，其中只有一個數(shù)據(jù)記錄有誤，審視記錄的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)表中第________次的記錄數(shù)據(jù)有誤。(填測量次數(shù)的序號)(3)電路中接入R0可以達到下列哪個效果。______(填選項前的字母)A．使測電流的電表讀數(shù)變化明顯

B．為了更準確地測量充電寶內(nèi)阻C．避免使充電寶的放電電流過大

D．減小測量電壓的電表分流作用次數(shù)1234567電流I/A0.2990.4770.6840.8771.0651.2811.516電壓U/V4.9704.9524.9324.9424.8944.8724.848解析：(1)器件N串聯(lián)在電路中，測量干路電流，所以N為電流表；器件M一端接在開關(guān)上，另一端接在充電寶的負極，閉合開關(guān)后相當于并聯(lián)在電源兩端，所以M為電壓表，測量路端電壓；(2)題中表格的電流I不斷增大，根據(jù)閉合電路的歐姆定律E＝U＋Ir可知路端電壓U不斷減小，電壓表的示數(shù)不斷減小，所以第4次的記錄數(shù)據(jù)有誤；(3)因為充電寶的內(nèi)阻很小，所以電阻R0串聯(lián)在電路中，起保護電路的作用，避免使充電寶的放電電流過大損壞電路中的器件。故選C。答案：(1)N

M

(2)4

(3)C[關(guān)鍵點撥]1．公式法求解電池的電動勢和內(nèi)阻(1)若只有兩組U、I讀數(shù)，則根據(jù)E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r，列方程組直接求得E、r。(2)若有6組U、I讀數(shù)，則可用1、4組，2、5組，3、6組分別列方程組求E、r，再取E、r的平均值作為電池的電動勢E和內(nèi)阻r。2．圖像法求解電池的電動勢和內(nèi)阻在坐標紙上以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立U-I坐標系，在坐標平面內(nèi)描出各組(I，U)值所對應(yīng)的點，然后盡量多地通過這些點作一條直線，不在直線上的點大致均勻分布在直線兩側(cè)，則直線與縱軸交點的縱坐標值即是電池電動勢的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線的斜率絕對值即為電池的內(nèi)阻r，即r＝

。[例1]

(2021·全國乙卷)一實驗小組利用圖(a)所示的電路測量一電池的電動勢E(約為1.5V)和內(nèi)阻r(小于2Ω)。圖中電壓表量程為1V，內(nèi)阻RV＝380.0Ω；定值電阻R0＝20.0Ω；電阻箱R，最大阻值為999.9Ω；S為開關(guān)。按電路圖連接電路。完成下列填空：[解題指導]三步化“新”為“熟”[例2]

(2021·湖南高考)某實驗小組需測定電池的電動勢和內(nèi)阻，器材有：一節(jié)待測電池、一個單刀雙擲開關(guān)、一個定值電阻(阻值為R0)、一個電流表(內(nèi)阻為RA)、一根均勻電阻絲(電阻絲總阻值大于R0，并配有可在電阻上移動的金屬夾)、導線若干。由于缺少刻度尺，無法測量電阻絲長度，但發(fā)現(xiàn)桌上有一個圓形時鐘表盤。某同學提出將電阻絲繞在該表盤上，利用圓心角來表示接入電路的電阻絲長度。主要實驗步驟如下：(1)將器材如圖(a)連接：(2)開關(guān)閉合前，金屬夾應(yīng)夾在電阻絲的________端(填“a”或“b”)；(3)改變金屬夾的位置，閉合開關(guān)，記錄每次接入電路的電阻絲對應(yīng)的圓心角θ和電流表示數(shù)I，得到多組數(shù)據(jù)；(4)整理數(shù)據(jù)并在坐標紙上描點繪圖，所得圖像如圖(b)所示，圖線斜率為k，縱軸截距為d，設(shè)單位角度對應(yīng)電阻絲的阻值為r0。該電池電動勢和內(nèi)阻可表示為E＝________，r＝________；(用R0、RA、k、d、r0表示)(5)為進一步確定結(jié)果，還需要測量單位角度對應(yīng)電阻