第10章 实验14 测量电源的电动势和内阻（课件PPT）-【优化指导】2025年高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教多选版）

第十章　电路　电能 实验14　测量电源的电动势和内阻 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第十章　电路　电能 谢谢观看！ 一、实验器材 电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等。 二、实验操作 1．连接电路：电流表用0.6 A的量程，电压表用3 V的量程，按下图连接好电路。 (1)原理：E＝U＋Ir (2)电流不要过大，读数要快 2．测量与记录：把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端，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。 3．断开开关，整理好器材。 三、实验数据 1．计算法 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝U1＋I1r,E＝U2＋I2r)) ⇒ eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝\f(I1U2－I2U1,I1－I2),r＝\f(U2－U1,I1－I2))) ⇒ eq \a\vs4\al(由多组,数据求,平均值) 2．图像法：画出电源的U-I图像 (1)图线与纵轴的交点为E； (2)图线斜率的绝对值表示内阻，即r＝| eq \f(ΔU,ΔI) |。 命题点一　教材原型实验 角度1　实验操作与注意事项 1．为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池。 2．画U-I图线时，应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去。 3．为使图线分布空间大，合理选择标度，如图所示，纵坐标可以不从零开始，此时图线和横轴的交点不再是短路电流。 4．本实验的测量结果：E测＜E真，r测＜r真。 [典例1] (2024·山东日照测试)某实验小组利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻，实验器材如下： 干电池一节(电动势约为1.5 V，内阻约为1 Ω)； 电压表V(量程为0～3 V，内阻约为3 kΩ)； 电流表A(量程为0～0.6 A，内阻约为0.2 Ω)； 滑动变阻器(最大阻值为20 Ω)； 开关、导线若干。 (1)实验电路图选择________(填“甲”或“乙”)。 (2)用笔画线代替导线，将图丙中的器材连成实验电路。 (3)实验中，多次调节外电阻R，读出相应的电压表和电流表示数U和I，通过描点、作图得到如图丁所示的U-I图像。由图像信息可知一节干电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω。 解析：(1)因为电源内阻较小，接近电流表的内阻，为了减小误差，电流表相对于电源外接，选择甲图。 (2)根据电路图得实物连接图如图所示。 (3)由图像信息可知，蓄电池的电动势E＝1.2 V，内电阻r＝| eq \f(ΔU,ΔI) |＝ eq \f(1.2,0.8) Ω＝1.5 Ω。 答案：(1)甲　(2)见解析图　(3)1.2　1.5 角度2　数据处理及误差分析 [典例2] (2024·北京门头沟区测试)用如图甲所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材：待测电源(电动势约3 V，内阻约2 Ω)，保护电阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。 (1)电压表最好选用___________________________________； 电流表最好选用________。 A．电压表(0～3 V，内阻约15 kΩ) B．电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ) C．电流表(0～200 mA，内阻约2 Ω) D．电流表(0～30 mA，内阻约2 Ω) (2)实验得到如图乙所示的U-I图线(U、I都用国际单位)，U-I图线斜率的绝对值为k，在横轴上的截距为a。选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r，则E＝________，r＝________。 (3)为减小电表内阻引起的实验误差，在电表量程不变的情况下，可以采取的措施是________。 A．换用内阻更小的电流表 B．换用内阻更大的电流表 C．换用内阻更小的电压表 D．换用内阻更大的电压表 解析：(1)因电源电动势约为3 V，且电压表内阻越大，系统误差越小，所以电压表选A；通过电流表的最大电流约为 eq \f(3 V,2 Ω＋10 Ω＋5 Ω) ≈176.5 mA，所以电流表选C。 (2)由闭合电路欧姆定律E＝U＋I(r＋R2)，可得U＝E－I(r＋R2)，由题意可知U＝0时，I＝a，且r＋R2＝k，所以得E＝ka，r＝k－R2。 (3)因为电压表的分流作用产生误差，为减小电表内阻引起的实验误差，在电表量程不变的情况下，可以采取的措施是增大电压表的内阻，D正确。 答案：(1)A　C　(2)ka　k－R2　(3)D 命题点二　实验的拓展与创新 角度1　“电表＋电阻箱”法 实验 思路 实验 原理 E＝I1(R1＋r) E＝I2(R2＋r) E＝U1＋ eq \f(U1,R1) r E＝U2＋ eq \f(U2,R2) r 图像 [典例3] (2024·江苏徐州测试)为了同时测量一个电源的电动势E和内阻r，以及未知阻值的电阻Rx，某同学设计了一电路。实验室提供的器材如下：待测电源、待测电阻、电阻箱一个、内阻很大的电压表一只、开关两个、导线若干。 INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/rjwlss828.tif" \* MERGEFORMAT 　 (1)为实现上述目的，请完善图甲实物图连接。 (2)该同学实验的主要步骤有： ①闭合S1、S2，多次调节电阻箱阻值，并记录其阻值及对应的电压表的示数； ②保持S1闭合，断开S2，多次调节电阻箱阻值，并记录其阻值及对应的电压表的示数； ③根据记录的数据，作出两条 eq \f(1,U)- eq \f(1,R) 图线如图乙所示。由图线可得电动势E＝________，内阻r＝________，Rx＝________。(均用图中的字母a、b、c表示) 解析：(1)通过开关S2控制电路中的电阻Rx是否接入电路，电路原理图如图(a)所示，实物连线图如图(b)所示。 INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/rjwlss829.tif" \* MERGEFORMAT 　　 (2)③闭合S1、S2，有E＝U＋ eq \f(U,R) r，故有 eq \f(1,U) ＝ eq \f(1,E) ＋ eq \f(r,E) · eq \f(1,R) ；保持S1闭合，断开S2，有E＝U＋ eq \f(U,R) (r＋Rx)，故有 eq \f(1,U) ＝ eq \f(1,E) ＋ eq \f(r＋Rx,E) · eq \f(1,R) ；结合 eq \f(1,U) － eq \f(1,R) 图像可知， eq \f(1,E) ＝c， eq \f(r＋Rx,E) ＝ eq \f(c,b) ， eq \f(r,E) ＝ eq \f(c,a) ，解得E＝ eq \f(1,c) ，r＝ eq \f(1,a) ，Rx＝ eq \f(1,b) － eq \f(1,a) 。 答案：(1)见解析图(b)　(2)③ eq \f(1,c) 　 eq \f(1,a) 　 eq \f(1,b) － eq \f(1,a) 角度2　巧用电表的改装原理进行创新 [典例4] (2024·广东湛江模拟)某同学需测量一个电源的电动势E和内阻r，但是发现实验室没有合适的电压表，于是他利用实验室的两电流表设计了如图甲所示的电路。其中电流表A1内阻为RA1，电流表A2内阻为RA2。R0为定值电阻的阻值，RP为阻值范围适当的滑动变阻器。闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动触头至某一位置，读出电流表A1和A2的示数分别为I1和I2。多次改变滑动触头的位置，利用所测数据在I1－I2中描出的坐标点如图乙所示。 甲 乙 (1)电流表A2是该同学利用一灵敏电流计(满偏电流Ig＝100 mA，内阻Rg＝39 Ω)改装而成，该同学希望改装后的电流表量程为4 A，则该同学改装电表过程中所使用的定值电阻，你认为他应该选________。 A．1 Ω B．3.9 Ω C．15.2 Ω D．39 Ω (2)该同学正确改装电流表A2且正确操作和测量后，测量数据描点如图乙所示，请你根据图乙上的点作出I2－I1图线。 (3)已知电流表A1量程0～30 mA、内阻RA1＝5 Ω，定值电阻R0＝45 Ω，则结合图像可求出被测电源的电动势E＝________V，电源的内阻r＝________Ω(保留2位有效数字)。 解析：(1)把灵敏电流计改装成大量程电流表需要并联一个电阻，则(4 A－Ig)R＝IgRg，代入数据得R＝1 Ω，A正确。 (2)连线时让数据点尽可能在直线上，明显偏离的点分居直线两侧且两侧点的个数差不多，偏离太大的点直接舍去。I2－I1图线如图所示。 (3)根据闭合电路欧姆定律有E＝I1(RA1＋R0)＋r(I1＋I2)，整理得I2＝－ eq \f(RA1＋R0＋r,r) I1＋ eq \f(E,r) ，结合I2－I1图线可得 eq \f(RA1＋R0＋r,r) ＝ eq \f(4.0－0.5,（34.5－0）×10－3) ≈101， eq \f(E,r) ＝4.0 A，代入数据得E＝2.0 V ，r＝0.50 Ω。 答案：(1)A　(2)见解析图　(3)2.0　0.50 1．(2023·浙江6月选考)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中 (1)部分连线如图甲所示，导线a端应连接到________(填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上。正确连接后，某次测量中电压表指针位置如图乙所示，其示数为________V。 (2)测得的7组数据已标在如图丙所示U-I坐标系上，用作图法求干电池的电动势E＝________V和内阻r＝________Ω。(均保留2位小数) 解析：(1)电压表测量的电压应为滑动变阻器接入电路中电阻丝两端的电阻，开关应能控制电路，所以导线a端应连接到B处；干电池电动势约为1.5 V，电压表选择0～3 V量程，分度值为0.1 V，题图中电压表读数为1.20 V。 (2)作出U-I如图所示。 根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，可知U-I图像纵轴截距为电源电动势，可得E＝1.50 V，U-I图像斜率的绝对值等于电源内阻，可得r＝ eq \f(1.50－1.00,0.48－0) Ω＝1.04 Ω。 答案：(1)B　1.20　(2)1.50　1.04 2．(2021·湖南卷)某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻(阻值为R0)、一个电流表(内阻为RA)、一根均匀电阻丝(电阻丝总阻值大于R0，并配有可在电阻丝上移动的金属夹)、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘。某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下： (1)将器材如图甲连接； (2)开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的________(填“a”或“b”)端； (3)改变金属夹的位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据； (4)整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图乙所示，已知图线斜率为k，与纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为r0，则该电池电动势和内阻可表示为E＝________，r＝____________(用R0、RA、k、d、r0表示)； (5)为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值r0。利用现有器材设计实验，在图丙虚线框中画出实验电路图(电阻丝用滑动变阻器符号表示)； 丙 (6)利用测出的r0，可得该电池的电动势和内阻。 解析：(2)开关闭合前，为了保护电路中的元件，应将电阻丝的最大阻值接入电路，根据电阻定律R＝ρ eq \f(L,S) 可知电阻丝接入越长，接入电阻越大，因此金属夹应夹在电阻丝的b端。 (4)设圆心角为θ时，电阻丝接入电路中的电阻为θr0，根据闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知E＝I(RA＋R0＋θr0)＋Ir，整理得 eq \f(1,I) ＝ eq \f(r0,E) θ＋ eq \f(RA＋R0＋r,E) ，结合图像的斜率和截距可知 eq \f(r0,E) ＝k， eq \f(RA＋R0＋r,E) ＝d，解得电源电动势和内阻为E＝ eq \f(r0,k) ，r＝ eq \f(r0d,k) －R0－RA。 (5)实验器材中有定值电阻R0和单刀双掷开关，考虑使用等效法测量电阻丝电阻，如图所示。 原理的简单说明： ①将开关置于R0位置，读出电流表示数I0； ②将开关置于电阻丝处，调节电阻丝的角度，直到电流表示数为I0，读出此时角度θ ； ③此时θr0＝R0，即可求得r0的数值。 答案：(2)b　(4) eq \f(r0,k) 　 eq \f(r0d,k) －R0－RA　(5)见解析图 $$