第10章 实验十四 测量电源的电动势和内阻-【优化探究】2025年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（教科版2019）

实验十四　测量电源的电动势和内阻 第十章　电路及其应用 实验技能 自主学习 实验要点 互动探究 达标检测 巩固提高 命题点一　教材原型实验 命题点二　实验创新设计 内容索引 实验技能 自主学习 一 3 1．实验目的 (1)掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法。 (2)学会用图像法求电源的电动势和内阻。 2．实验原理 (1)实验依据：闭合电路欧姆定律。 (2)实验电路(如图所示) 3．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。 4．实验步骤 (1)电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按图连接好电路。 (2)把滑动变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端。 (3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据(I1，U1)。用同样方法测量出多组I、U值，填入表格中。 (4)断开开关，拆除电路，整理好器材。 1．数据处理 本实验中数据的处理方法：一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法。   第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组 U/V             I/A             方法一：联立六组对应的U、I数据，数据满足关系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r……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，取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小。 2．注意事项 (1)为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻要大些(选用已使用过一段时间的干电池)。 (2)在实验时，电流不能过大，通电时间不能太长，以免对E与r产生较大影响。 (3)要测出不少于6组的(I，U)数据，且变化范围要大些。 (4)由于干电池的内阻较小，路端电压U的变化也较小，这时画U－I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标I必须从零开始)。但这时图线和横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为电源内阻。 3．误差分析 (1)偶然误差 ①由读数不准和电表线性不良引起的误差。 ②用图像法求E和r时，作图不准确造成的误差。 ③测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化。 (2)系统误差 电压表和电流表内阻影响而导致的误差。 ①如图甲所示，在理论上E＝U＋(IV＋IA)r，其中电压表示数U是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大。 从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和E测)，如图甲所示，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻R断开时，a、b两点间电压Uab等于电动势E测，此时电源与电压表构成回路，所以Uab＜E真，即E测＜E真。 ②若采用如图丙所示的电路，IA为电源电流真实值，理论上有E＝U＋UA＋IAr，其中UA不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，UA越大，当电流为零时，UA＝0，电压为准确值，等于E。 二 实验要点 互动探究 18 命题点一　教材原型实验 角度1　实验原理与操作 [典例1]　某物理兴趣小组准备测量一节干电池的电动势和内阻，实验室提供了如下器材： A．电流表A1(量程3 mA，内阻为199 Ω)； B．电流表A2(量程1 500 mA，内阻为1 Ω)； C．电压表V(量程3 V，内阻很大)； D．滑动变阻器R1(阻值范围0～5 Ω，额定电流2 A)； E．滑动变阻器R2(阻值范围0～500 Ω，额定电流1 A)； F．定值电阻R3＝1 Ω； G．定值电阻R4＝1 kΩ； H．待测干电池，开关、导线若干。 同学们根据提供的器材，设计了如图甲所示的实验电路图。 (1)请根据电路图甲，将实物图乙中连线补充完整。 [答案]　(1)图见解析 (1)实物连线图如图所示。 (2)该小组查阅资料知干电池的内阻约为3 Ω，为了尽量减小误差且方便操作，图中电流表应选择________(选填“A1”或“A2”)，滑动变阻器应选择________(选填“R1”或“R2”)，定值电阻应选择________(选填“R3”或“R4”)。 A1 R1 R3 (2)因测量一节干电池的电动势，干电池的内阻约为3 Ω，因此电路的最大电流约为500 mA，因此A2量程过大，要选择A1，使A1与电阻并联改装成电流表即可，则电流表选择A1；滑动变阻器R2阻值过大，不方便操作，则滑动变阻器选择R1；定值电阻R3与电流表A1并联，可改装为600 mA量程的电流表，满足实验要求。 (3)同学们利用上述实验装置测得了多组实验数据，并将电流表的示数作为横坐标，电压表的示数作为纵坐标，选取合适的标度，绘制了如图丙所示的图线，则该小组同学测定的干电池电动势E＝________V，内 阻r＝________Ω。(填含有a、b、c的表达式) a 角度2　数据处理与分析 [典例2]　(2020·山东卷)实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有： 干电池一节(电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω)； 电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)； 电流表A(量程0.6 A，内阻约1 Ω)； 滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)； 定值电阻R1(阻值2 Ω)； 定值电阻R2(阻值5 Ω)； 开关一个，导线若干。 (1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U－I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是________。 A．电压表分流 B．干电池内阻较小 C．滑动变阻器最大阻值较小 D．电流表内阻较小 B (1)电压表示数的变化范围小，原因是外电阻的阻值远大于电源内阻，选项B正确。 (2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。 序号 1 2 3 4 5 6 7 I/A 0.08 0.14 0.20 0.26 0.32 0.36 0.40 U/V 1.35 1.20 1.05 0.88 0.73 0.71 0.52 请根据实验数据，回答以下问题。 ①图丙中已标出后3组数据对应的坐标点，请标出前4组数据对应的坐标点并画出U－I图像。 [答案]　(2)①图见解析 (2)①根据数据描点并连成一条直线，如图1所示。 ②根据实验数据可知，所选的定值电阻为________(选填“R1”或“R2”)。 R1 ③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将实物图(图丁)连接成完整电路。 [答案]　③图见解析 ③先画出原理图，如图2所示，然后依据原理图将各仪器依次连接起来，如图3所示。 命题点二　实验创新设计 角度　实验数据处理创新 [典例3]　某课题研究小组准备测量一个锂电池的电动势和内阻，实验室提供的器材有： A．待测锂电池(电动势E约为3.9 V，内阻r约为2 Ω，最大电流Im＝0.6 A)； B．电压表V(量程0～3 V，内阻约为几千欧)； C．电阻箱R1(0～99.9 Ω)； D．定值电阻R2＝4.5 Ω； E．定值电阻R3＝45 Ω； F．开关S一个，导线若干。 (1)该小组成员设计了如图甲所示电路。为了防止调节电阻箱过程中电池烧坏且方便测量，定值电阻R0应选取______(选填“R2”或“R3”)。 R2 4.0 1.9 [典例4]　利用如图甲所示电路，可以测量电源电动势和内阻，所用的实验器材有： 待测电源(电动势不大于6 V，内阻不大于1 Ω)，电阻箱R(最大阻值999.9 Ω)，表头G(量程为200 μA，内阻为900 Ω)，定值电阻R0、R1，开关S，导线若干。 (1)先利用R0将表头G改装成2 mA的电流表，再将2 mA的电流表改装成量程为6 V的电压表，则两定值电阻的阻值分别为：R0＝________ Ω，R1＝________ Ω。 100 2 910 6.0 0.2 [典例5]　(2023·湖北卷)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图(a)所示的电路，所用器材如下： 电压表(量程0～3 V，内阻很大)； 电流表(量程0～0.6 A)； 电阻箱(阻值0～999.9 Ω)； 干电池一节、开关一个和导线若干。 (1)根据图(a)，完成图(b)中的实物图连线。 [答案]　(1)如图所示 (2)调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U－I图像如图(c)所示，则干电池的电动势为__________ V(保留三位有效数字)、内阻为_______________________ Ω(保留两位有效数字)。 1.58 0.63(0.62～0.64即可) 2.5 (4)由于电压表内阻不是无穷大，本实验干电池内阻的测量值________(选填“偏大”或“偏小”)。 (4)由于电压表内阻不是无穷大，则实验测得的是电压表内阻与电源内阻的并联值，即实验中测得的电池内阻偏小。 偏小 三 达标检测 巩固提高 2 3 4 1 1．(2023·浙江6月卷)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中： (1)部分连线如图1所示，导线a端应连接到______(选填“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2所示，其示数为________V。 B 1.20 2 3 4 1 (1)根据利用电压表和电流表测量干电池电动势和内阻的实验原理可知，导线a应该连接到B接线柱上，测外电路的总电压；根据电压表读数规则可知，电压表示数为1.20 V。 2 3 4 1 (2)测得的7组数据已标在如图3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。(计算结果均保留两位小数) 1.50 1.04 2 3 4 1 (2)将坐标系上的点用直线拟合，使尽可能多的点分布在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线两侧，离直线较远的点舍去，如图所示，则干电池的伏安特性曲线的纵截距等于电池的电动势，E＝1.50 V；斜率的绝对值等于干电池的内阻，r＝1.04 Ω。 2 3 4 1 2．(2024·云南普洱高三联考)某实验小组欲测量一节旧干电池的电动势和内阻。实验室备有下列器材可供选择： A．电压表(量程为0～5.0 V，内阻约为5 kΩ)； B．电压表(量程为0～2.0 V，内阻约为2 kΩ)； C．电压表(量程为0～1.0 V，内阻约为1 kΩ)； D．定值电阻R0(阻值为2 Ω)； E．滑动变阻器R1(0～100 Ω)； F．滑动变阻器R2(0～10 Ω)； G．开关及导线若干。 2 3 4 1 根据给定的器材，他们设计了如图甲所示的电路。 2 3 4 1 (1)电压表V1应选用____________，电压表V2应选用__________，滑动变阻器R应选用__________。(均填器材前的选项字母) (1)因一节干电池的电动势约为1.5 V，电压表V1测的是路端电压，电压表V2测的是R0两端的电压，故电压表V1应选B，电压表V2应选C。 因电池内阻和定值电阻都较小，为了方便操作，滑动变阻器应选F。 B C F 2 3 4 1 (2)闭合开关，多次改变滑动变阻器R的阻值，读出V1和V2的示数U1、U2，绘出的U1－U2图像如图乙所示，则该电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω。(计算结果均保留三位有效数字) 1.48 1.33 2 3 4 1 3．(2023·浙江宁波镇海中学一模)某学习小组进行“充电宝不同电量时的电动势和内阻研究”，设计实验电路图如图1所示。 2 3 4 1 (1)滑动变阻器R用于改变电路中的电流，R0是定值电阻，R0的主要作用是____________________________________________________。 (1)R0为定值电阻，在电路中作为保护电阻，以防止滑动变阻器调节过度导致短路。 作为保护电阻，以防止滑动变阻器调节过度导致短路 2 3 4 1 (2)两只数字多用电表分别作为电压表和电流表，电路中的电源为充电宝，通过充电宝的连接线接入电路。剥开充电宝连接线的外绝缘层，里面有四根导线，红导线为充电宝的正极，黑导线为负极，其余两根导线空置不用。若用多用电表直流电压挡粗测其电动势，多用电表的红表笔应与充电宝的___________(选填“红导线”或“黑导线”)连接。 (2)根据多用电表电流“红表笔进黑表笔出”可知，多用电表的红表笔应与充电宝的正极，即红导线连接。 红导线 2 3 4 1 (3)图2为实物图，请用笔画线代替导线根据实验电路图将实物图补充完整。 2 3 4 1 答案：(3)如图所示 2 3 4 1 (4)记录被测充电宝实验时的电量百分比(开始时的电量百分比为100%)。将滑动变阻器电阻调至最大，闭合开关，依次减小滑动变阻器接入电路的阻值，记录每次操作电流表和电压表的示数，根据数据作出的U－I图像如图3所示，由图像可得充电宝的电动势为_______________ _________V，内阻为_______________Ω。(计算结果均保留两位小数) 5.07(5.06～5.08 均正确) 0.10(或0.11) 2 3 4 1 2 3 4 1 (5)当充电宝电量为80%、60%、40%、20%、5%时重复上述实验操作，得到不同电量下各组U、I的实验数据，算出对应的电动势和内阻如下表。 电量/% 100 80 60 40 20 5 充电宝电动势/V   5.04 5.00 5.04 5.14 5.08 充电宝内阻/Ω   0.21 0.20 0.21 0.25 0.15 2 3 4 1 (6)研究表明，如果使用所测试的充电宝供电________(选填“不必”或“需要”)考虑充电宝的电量百分比以及电流大小对输出电压的影响。 (6)由表格数据可知，充电宝的电动势受充电宝电量影响很小，基本保持不变，而充电宝的内阻很小，充电宝的内电路对输出电压的影响很小，故使用所测试的充电宝供电不必考虑充电宝的电量百分比以及电流大小对输出电压的影响。 不必 2 3 4 1 4．(2024·湖南长沙长郡中学高三联考)某物理实验小组的同学在实验室测量两节干电池组成的电池组的电动势和内阻，实验室提供了如下器材： A．电流表A1的量程为100 mA，内阻RA1＝10 Ω； B．电流表A2的量程为200 mA，内阻RA2＝5 Ω； C．定值电阻R0＝2 Ω； D．定值电阻R1＝2 Ω； 2 3 4 1 E．滑动变阻器； F．电阻箱； G．开关、导线若干； H．干电池两节。 2 3 4 1 (1)该小组的同学认为需要将电流表A2改装成量程为3 V的电压表，则电流表A2需串联的电阻箱的阻值应调为R＝________ Ω。 10 2 3 4 1 (2)该小组同学通过讨论，设计了如图所示的电路。在闭合开关S前，应将图中滑动变阻器的滑片移到最___________(选填“左”或“右”)端，闭合开关后，多次调节滑动变阻器的滑片，得到多组电流表A1、A2的示数I1、I2，以I2为纵轴、I1为横轴作I2－I1图像，得到图像与纵轴的截距为180 mA，图像斜率绝对值为2.0，则电池组总的电动势E＝________ V，电池组的内阻r＝________ Ω。(结果均保留三位有效数字)。 左 2.70 1.33 2 3 4 1 $$