第第頁第10講電學實驗（二）實驗三：測定電源的電動勢和內(nèi)阻1．實驗原理閉合電路歐姆定律．2．實驗器材電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關、導線、坐標紙和刻度尺．3．基本操作(1)電流表用0.6A的量程，電壓表用3V的量程，按圖1連接好電路．(2)把滑動變阻器的滑片移到使阻值最大的一端．(3)閉合開關，調節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1)．用同樣的方法再測量幾組I、U值，填入表格中．(4)斷開開關，拆除電路，整理好器材．1．實驗數(shù)據(jù)求E、r的處理方法(1)列方程求解：由U＝E－Ir得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U1＝E－I1r,U2＝E－I2r))，解得E、r.(2)用作圖法處理數(shù)據(jù)，如圖2所示．①圖線與縱軸交點為E；②圖線與橫軸交點為I短＝eq\f(E,r)；③圖線的斜率表示r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|.2．注意事項(1)為了使路端電壓變化明顯，可使用內(nèi)阻較大的舊電池．(2)電流不要過大，應小于0.5A，讀數(shù)要快．(3)要測出不少于6組的(I，U)數(shù)據(jù)，變化范圍要大些．(4)若U－I圖線縱軸刻度不從零開始，則圖線和橫軸的交點不再是短路電流，內(nèi)阻應根據(jù)r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|確定．(5)電流表要內(nèi)接(因為r很小)．3．誤差來源(1)偶然誤差：用圖象法求E和r時作圖不準確．(2)系統(tǒng)誤差：電壓表分流.題型一：教材原型實驗[例1](2016·四川理綜·8Ⅱ)用如圖3所示電路測量電源的電動勢和內(nèi)阻．實驗器材：待測電源(電動勢約3V，內(nèi)阻約2Ω)，保護電阻R1(阻值10Ω)和R2(阻值5Ω)，滑動變阻器R，電流表A，電壓表V，開關S，導線若干．實驗主要步驟：(ⅰ)將滑動變阻器接入電路的阻值調到最大，閉合開關；(ⅱ)逐漸減小滑動變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)U和相應電流表的示數(shù)I；(ⅲ)以U為縱坐標，I為橫坐標，作U－I圖線(U、I都用國際單位)；(ⅳ)求出U－I圖線斜率的絕對值k和在橫軸上的截距a.回答下列問題：(1)電壓表最好選用________；電流表最好選用______．A．電壓表(0～3V，內(nèi)阻約15kΩ)B．電壓表(0～3V，內(nèi)阻約3kΩ)C．電流表(0～200mA，內(nèi)阻約2Ω)D．電流表(0～30mA，內(nèi)阻約2Ω)(2)滑動變阻器的滑片從左向右滑動，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大．兩導線與滑動變阻器接線柱連接情況是________．A．兩導線接在滑動變阻器電阻絲兩端的接線柱B．兩導線接在滑動變阻器金屬桿兩端的接線柱C．一條導線接在滑動變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導線接在電阻絲左端接線柱D．一條導線接在滑動變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導線接在電阻絲右端接線柱(3)選用k、a、R1和R2表示待測電源的電動勢E和內(nèi)阻r的表達式E＝________，r＝________，代入數(shù)值可得E和r的測量值．[變式1]利用圖4所示的電路測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，要求盡量減小實驗誤差．供選擇的器材有：A．電流表A(0～0.6A)B．電壓表V1(0～3V)C．電壓表V2(0～15V)D．滑動變阻器R1(0～20Ω)E．滑動變阻器R2(0～200Ω)F．定值電阻R0＝1ΩG．開關一個，導線若干(1)實驗中電壓表應選用________，滑動變阻器應選用________(選填相應器材前的字母)．(2)閉合開關，電壓表和電流表均有示數(shù)，但是無論怎么移動滑動變阻器的滑片，電壓表的讀數(shù)變化都非常小．同學們討論后，在原電路的基礎上又加了一個定值電阻R0，問題得到解決．請你在虛線框內(nèi)畫出改進后的電路圖．某位同學記錄了6組數(shù)據(jù)，對應的點已經(jīng)標在坐標紙上．在圖5坐標紙上畫出U－I圖線，并根據(jù)所畫圖線可得出干電池的電動勢E＝______V，內(nèi)電阻r＝________Ω.(結果均保留兩位有效數(shù)字)[變式2]利用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻．要求盡量減小實驗誤差．(1)應該選擇的實驗電路是圖6中的________(選填“甲”或“乙”)．(2)現(xiàn)有電流表(0～0.6A)、開關和導線若干，以及以下器材：A．電壓表(0～15V) B．電壓表(0～3V)C．滑動變阻器(0～50Ω) D．滑動變阻器(0～500Ω)實驗中電壓表應選用______；滑動變阻器應選用______．(選填相應器材前的字母)(3)某位同學記錄的6組數(shù)據(jù)如表所示，其中5組數(shù)據(jù)的對應點已經(jīng)標在圖7，請標出余下一組數(shù)據(jù)的對應點，并畫出U－I圖線.序號123456電壓U(V)1.451.401.301.251.201.10電流I(A)0.0600.1200.2400.2600.3600.480(4)根據(jù)(3)中所畫圖線可得出干電池的電動勢E＝________V，內(nèi)電阻r＝________Ω.(5)實驗中，隨著滑動變阻器滑片的移動，電壓表的示數(shù)U及干電池的輸出功率P都會發(fā)生變化．下列示意圖中正確反映P－U關系的是________．3．手機、電腦等電器已經(jīng)普及到人們的日常生活中，這些電器都要用到蓄電池．某同學利用下列器材測定一節(jié)蓄電池的電動勢和內(nèi)阻．蓄電池的電動勢約為3V.A．量程是0.6A，內(nèi)阻約為0.5Ω的電流表；B．量程是3V，內(nèi)阻是6kΩ的電壓表；C．量程是15V，內(nèi)阻是30kΩ的電壓表；D．阻值為0～1kΩ，額定電流為0.5A的滑動變阻器；E．阻值為0～10Ω，額定電流為2A的滑動變阻器；F．定值電阻4Ω，額定功率4W；G．開關S一個，導線若干．(1)為了減小實驗誤差，電壓表應選擇________(填器材代號)，圖8中的導線應連接到________處(填“①”或“②”)，改變滑動變阻器阻值的時候，為了使電壓表和電流表的讀數(shù)變化比較明顯，滑動變阻器應選擇________(填器材代號)．圖8(2)用(1)問中的實驗電路進行測量，讀出電壓表和電流表的讀數(shù)，畫出對應的U－I圖線如圖9所示，由圖線可得該蓄電池的電動勢E＝______V，內(nèi)阻r＝______Ω.(結果保留兩位有效數(shù)字)圖9題型二：實驗拓展創(chuàng)新[例2]圖10甲是利用兩個電流表A1和A2測量干電池電動勢E和內(nèi)阻r的電路原理圖．圖中S為開關，R為滑動變阻器，定值電阻R1和A1內(nèi)阻之和為10000Ω(比r和滑動變阻器的總電阻都大得多)，A2為理想電流表．(1)按電路原理圖在圖乙虛線框內(nèi)各實物圖之間畫出連線．(2)在閉合開關S前，將滑動變阻器的滑動端c移動至________(填“a端”“中央”或“b端”)．(3)閉合開關S，移動滑動變阻器的滑動端c至某一位置，讀出電流表A1和A2的示數(shù)I1和I2.多次改變滑動端c的位置，得到的數(shù)據(jù)為：I1(mA)0.1200.1250.1300.1350.1400.145I2(mA)48040032023214068在圖11所示的坐標紙上以I1為縱坐標、I2為橫坐標畫出所對應的I1－I2圖線．(4)利用所得圖線求得電源的電動勢E＝__________V，內(nèi)阻r＝________Ω.(均保留兩位小數(shù))(5)該電路中電源輸出的短路電流Im＝__________A．(保留兩位有效數(shù)字)[變式1]某同學準備利用下列器材測量干電池的電動勢和內(nèi)阻．A．待測干電池一節(jié)，電動勢約為1.5V，內(nèi)阻約為幾歐姆B．直流電壓表V，量程為3V，內(nèi)阻非常大C．定值電阻R0＝150ΩD．電阻箱RE．導線和開關根據(jù)如圖12甲所示的電路連接圖進行實驗操作．多次改變電阻箱的阻值，記錄每次電阻箱的阻值R和電壓表的示數(shù)U.在eq\f(1,U)－R坐標系中描出的坐標點如圖乙所示．(1)分別用E和r表示電源的電動勢和內(nèi)阻，則eq\f(1,U)與R的關系式為_____________________．(2)在圖乙坐標紙上畫出eq\f(1,U)－R關系圖線．(3)根據(jù)圖線求得斜率k＝________V－1·Ω－1，截距b＝________V－1(保留兩位有效數(shù)字)．(4)根據(jù)圖線求得電源電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω(保留三位有效數(shù)字)．[變式2]某同學設想運用如圖13甲所示的實驗電路，測量未知電阻Rx的阻值、電流表A的內(nèi)阻和電源(內(nèi)阻忽略不計)的電動勢，實驗過程中電流表的讀數(shù)始終符合實驗要求．(1)為了測量未知電阻Rx的阻值，他在閉合開關之前應該將兩個電阻箱的阻值調至________(填“最大”或“最小”)，然后閉合開關K1，將開關K2撥至1位置，調節(jié)R2使電流表A有明顯讀數(shù)I0；接著將開關K2撥至2位置．保持R2不變，調節(jié)R1，當調節(jié)R1＝34.2Ω時，電流表A讀數(shù)仍為I0，則該未知電阻的阻值Rx＝________Ω.(2)為了測量電流表A的內(nèi)阻RA和電源(內(nèi)阻忽略不計)的電動勢E，他將R1的阻值調到R1＝1.5Ω，R2調到最大，將開關K2撥至2位置，閉合開關K1；然后多次調節(jié)R2，并在表格中記錄下了各次R2的阻值和對應電流表A的讀數(shù)I；最后根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，他畫出了如圖乙所示的圖象，根據(jù)你所學知識和題中所給字母寫出該圖象對應的函數(shù)表達式為：____________；利用圖象中的數(shù)據(jù)可求得，電流表A的內(nèi)阻RA＝______Ω，電源(內(nèi)阻忽略不計)的電動勢E＝________V.

實驗四練習使用多用電表一、電流表與電壓表的改裝1．改裝方案改裝為電壓表改裝為大量程的電流表原理串聯(lián)電阻分壓并聯(lián)電阻分流改裝原理圖分壓電阻或分流電阻U＝Ig(Rg＋R)故R＝eq\f(U,Ig)－RgIgRg＝(I－Ig)R故R＝eq\f(IgRg,I－Ig)改裝后電表內(nèi)阻RV＝Rg＋R>RgRA＝eq\f(RRg,R＋Rg)<Rg2.校正(1)電壓表的校正電路如圖1所示，電流表的校正電路如圖2所示．圖1圖2(2)校正的過程是：先將滑動變阻器的滑動觸頭移到最左端，然后閉合開關，移動滑動觸頭，使改裝后的電壓表(電流表)示數(shù)從零逐漸增大到量程值，每移動一次記下改裝的電壓表(電流表)和標準電壓表(標準電流表)示數(shù)，并計算滿刻度時的百分誤差，然后加以校正．二、歐姆表原理(多用電表測電阻原理)1．構造：如圖3所示，歐姆表由電流表G、電池、調零電阻R和紅、黑表筆組成．圖3歐姆表內(nèi)部：電流表、電池、調零電阻串聯(lián)．外部：接被測電阻Rx.全電路電阻R總＝Rg＋R＋r＋Rx.2．工作原理：閉合電路歐姆定律，I＝eq\f(E,Rg＋R＋r＋Rx).3．刻度的標定：紅、黑表筆短接(被測電阻Rx＝0)時，調節(jié)調零電阻R，使I＝Ig，電流表的指針達到滿偏，這一過程叫歐姆調零．(1)當I＝Ig時，Rx＝0，在滿偏電流Ig處標為“0”．(圖甲)(2)當I＝0時，Rx→∞，在I＝0處標為“∞”．(圖乙)(3)當I＝eq\f(Ig,2)時，Rx＝Rg＋R＋r，此電阻值等于歐姆表的內(nèi)阻值，Rx叫中值電阻．三、多用電表1．多用電表可以用來測量電流、電壓、電阻等，并且每一種測量都有幾個量程．圖42．外形如圖4所示：上半部為表盤，表盤上有電流、電壓、電阻等多種量程的刻度；下半部為選擇開關，它的四周刻有各種測量項目和量程．3．多用電表面板上還有：歐姆表的歐姆調零旋鈕(使電表指針指在右端零歐姆處)、指針定位螺絲(使電表指針指在左端的“0”位置)、表筆的正、負插孔(紅表筆插入“＋”插孔，黑表筆插入“－”插孔)．四、二極管的單向導電性1．晶體二極管是由半導體材料制成的，它有兩個極，即正極和負極，它的符號如圖5甲所示．圖52．晶體二極管具有單向導電性(符號上的箭頭表示允許電流通過的方向)．當給二極管加正向電壓時，它的電阻很小，電路導通，如圖乙所示；當給二極管加反向電壓時，它的電阻很大，電路截止，如圖丙所示．3．將多用電表的選擇開關撥到歐姆擋，紅、黑表筆接到二極管的兩極上，當黑表筆接“正”極，紅表筆接“負”極時，電阻示數(shù)較小，反之電阻示數(shù)很大，由此可判斷出二極管的正、負極．1．實驗器材多用電表、電學黑箱、直流電源、開關、導線若干、小燈泡、二極管、定值電阻(大、中、小)三個．2．實驗步驟(1)觀察：觀察多用電表的外形，認識選擇開關的測量項目及量程．(2)機械調零：檢查多用電表的指針是否停在表盤刻度左端的零位置．若不指零，則可用小螺絲刀進行機械調零．(3)將紅、黑表筆分別插入“＋”、“－”插孔．(4)測量小燈泡的電壓和電流．①按如圖6甲所示的電路圖連好電路，將多用電表選擇開關置于直流電壓擋，測小燈泡兩端的電壓．圖6②按如圖乙所示的電路圖連好電路，將選擇開關置于直流電流擋，測量通過小燈泡的電流．(5)測量定值電阻①根據(jù)被測電阻的估計阻值，選擇合適的擋位，把兩表筆短接，觀察指針是否指在歐姆表的“0”刻度，若不指在歐姆表的“0”刻度，調節(jié)歐姆調零旋鈕，使指針指在歐姆表的“0”刻度處；②將被測電阻接在兩表筆之間，待指針穩(wěn)定后讀數(shù)；③讀出指針在刻度盤上所指的數(shù)值，用讀數(shù)乘以所選擋位的倍率，即得測量結果；④測量完畢，將選擇開關置于交流電壓最高擋或“OFF”擋．1．多用電表使用注意事項(1)表內(nèi)電源正極接黑表筆，負極接紅表筆，但是紅表筆插入“＋”插孔，黑表筆插入“－”插孔，注意電流的實際方向應為“紅入”，“黑出”．(2)區(qū)分“機械零點”與“歐姆零點”．機械零點是表盤刻度左側的“0”位置，調整的是表盤下邊中間的指針定位螺絲；歐姆零點是指刻度盤右側的“0”位置，調整的是歐姆調零旋鈕．(3)由于歐姆擋表盤難以估讀，測量結果只需取兩位有效數(shù)字，讀數(shù)時注意乘以相應擋位的倍率．(4)使用多用電表時，手不能接觸表筆的金屬桿，特別是在測電阻時，更應注意不要用手接觸表筆的金屬桿．(5)測量電阻時待測電阻要與其他元件和電源斷開，否則不但影響測量結果，甚至可能損壞電表．(6)測電阻時每換一擋必須重新歐姆調零．(7)使用完畢，選擇開關要置于交流電壓最高擋或“OFF”擋．長期不用，應把表內(nèi)電池取出．2．多用電表對電路故障的檢測(1)斷路故障的檢測方法①用直流電壓擋：a．將電壓表與電源并聯(lián)，若電壓表示數(shù)不為零，說明電源良好，若電壓表示數(shù)為零，說明電源損壞．b．在電源完好時，再將電壓表與外電路的各部分電路并聯(lián)．若電壓表示數(shù)等于電源電動勢，則說明該部分電路中有斷點．②用直流電流擋：將電流表串聯(lián)在電路中，若電流表的示數(shù)為零，則說明與電流表串聯(lián)的部分電路斷路．③用歐姆擋檢測將各元件與電源斷開，然后接到紅、黑表筆間，若有阻值(或有電流)說明元件完好，若電阻無窮大(或無電流)說明此元件斷路．(2)短路故障的檢測方法①將電壓表與電源并聯(lián)，若電壓表示數(shù)為零，說明電源被短路；若電壓表示數(shù)不為零，則外電路的部分電路不被短路或不完全被短路．②用電流表檢測，若串聯(lián)在電路中的電流表示數(shù)不為零，故障應是短路．題型一：教材原型實驗[例1]在“練習使用多用電表”的實驗中：圖7(1)某同學用多用電表測量電阻，電路如圖7甲所示，若選擇開關置于“×100”擋，按正確使用方法測量電阻Rx的阻值，指針位于圖乙所示位置，則Rx＝________Ω.(2)若該歐姆表使用一段時間后，電池電動勢變小，內(nèi)阻變大，但此表仍能調零，按正確使用方法再測上述Rx，其測量結果與原結果相比將________(選填“變大”“變小”或“不變”)．(3)某同學利用圖甲中的器材設計了一只歐姆表，其電路如圖丙所示．①關于該歐姆表，下列說法正確的是________．A．電阻刻度的零位在表盤的右端B．表盤上的電阻刻度是均勻的C．測量前，不需要紅、黑表筆短接調零D．測量后，應將開關S斷開②某同學進行如下操作：當Rx未接入時，閉合開關S，將紅、黑表筆分開時，調節(jié)可變電阻，使電流表滿偏．當Rx接入A、B表筆之間時，若電流表的指針指在表盤的正中央，則待測電阻Rx的阻值為________(已知電流表的內(nèi)阻為Rg，電池的內(nèi)阻為r，可變電阻接入電路的阻值為R)．[變式1]某同學使用多用電表測電阻，如圖8是多用電表的刻度盤，選用倍率為“×10”的歐姆擋測電阻時，表針指示圖示位置，則所測電阻的阻值為________Ω.如果要用此多用電表測量一個約2.0×104Ω的電阻，為了使測量比較精確，應選的歐姆擋是________(選填“×10”、“×100”、“×1k”或“×10k”)．若測量結束后，該同學將兩表筆短接，發(fā)現(xiàn)電表指針指在電阻“0”刻度的右側，則上述電阻的測量值________(選填“偏大”、“偏小”或“不受影響”)．圖8[變式1]某同學想通過一個多用電表的歐姆擋直接測量某電壓表(量程為10V)的內(nèi)阻(大約幾十千歐)，該多用電表刻度盤上電阻刻度的中間值為30.(1)歐姆擋的選擇開關撥至________(選填“×1k”或“×100”)擋，先將紅、黑表筆短接調零后，選用圖9中______(選填“A”或“B”)方式連接．(2)如圖10甲所示，該同學讀出歐姆表的讀數(shù)為______Ω；如圖乙所示，電壓表的讀數(shù)為________V，歐姆表電池的電動勢為________V.圖10[變式2]二極管具有單向導電性，其正向電阻很小，反向電阻很大，現(xiàn)有一個二極管其正極記為A、負極記為B.某同學研究二極管正、反向電阻的相關實驗操作過程如下：(1)先用多用電表的歐姆擋測量其電阻，其正向電阻約為10Ω，反向電阻約為50kΩ，則在測量二極管的正向電阻時，電表的紅表筆應接________(填“A”或“B”)．圖11(2)該同學設計了如圖11所示的電路用伏安法進一步測量該二極管正反向電壓均為2V時的電阻值，二極管接在1、2之間，電壓表的內(nèi)阻約為40kΩ，選用多用電表的直流電流擋作為電流表接在3、4之間．該多用電表的直流電流有三個量程，量程和對應的內(nèi)阻分別為：①50μA，內(nèi)阻約為100Ω；②50mA，內(nèi)阻約為50Ω；③250mA，內(nèi)阻約為10Ω.則在實驗過程中，多用電表的紅表筆應與接線柱________(填“3”或“4”)相連；測二極管的反向電阻時電流表的量程應選用________(填“①”、“②”或“③”)，單刀雙擲開關S2應撥向接點________(填“5”或“6”)．題型二實驗拓展創(chuàng)新[例2]小明在實驗室中發(fā)現(xiàn)一個外觀上像電阻的未知元件D，設計了如圖12甲所示電路進行實驗探究，請按要求回答問題：圖12(1)小明按圖甲連接好電路，閉合開關S，將滑動變阻器滑片緩慢地從a端移到b端，發(fā)現(xiàn)起始階段電壓表的示數(shù)逐漸增大，后續(xù)階段電壓表示數(shù)保持6V不變，若D為電阻元件，則該過程中它的電阻值的變化情況可能是()A．阻值一直為0B．阻值先不變，后階段變小C．阻值恒定且遠大于R2D．阻值先不變，后階段變大(2)根據(jù)元件D銘牌上的部分信息，小明從網(wǎng)絡獲知該元件為穩(wěn)壓二極管，它有正負極之分，在電路中當D的正極接高電勢時，其i－u圖線如圖乙中OC所示，當D的負極接高電勢時，其i－u圖線如圖乙中OAB所示，其中AB段為D的穩(wěn)壓工作區(qū)，由此可判斷圖甲中D的黑色端是它的________極(填“正”或“負”)．(3)小明接著設計了用多用電表歐姆擋按圖丙對該元件進行探究，圖丙中虛線框端是其內(nèi)部等效電路，已知電源電動勢E＝9V，電表滿偏電流Ig＝3mA.實驗時小明先進行歐姆調零，則調零后多用電表內(nèi)部總電阻為________Ω；調零后按圖丙連接元件D進行測量，若D恰好處于穩(wěn)壓工作區(qū)，則此時測得元件D的阻值應為________Ω.[變式1]如圖13所示為多量程多用電表的示意圖．圖13(1)當接通1或2時，為________擋(填“電流”“電阻”或“電壓”).1的量程比2的量程________(填“大”或“小”)．(2)測量某電阻時，用歐姆擋“×10”擋時，發(fā)現(xiàn)指針偏轉角度過大，他應該換用歐姆擋________擋(填“×1”或“×100”)換擋后，在測量前要先進行________．(3)該同學要測量多用電表直流“2.5V”擋的內(nèi)阻RV(約為20kΩ)．除此多用電表外，還有以下器材：直流電源一個(電動勢E為3V，內(nèi)阻可忽略不計)、電阻一個(阻值R為10kΩ)、開關一個、導線若干．要求：(ⅰ)在方框中畫出實驗電路圖(多用電表用表示)；(ⅱ)寫出RV的表達式(用字母表示，并說明所用字母的物理意義)．[變式2]二極管具有獨特的單向導電性，當在二極管兩極之間所加正向電壓小于某值時，二極管的電阻很大(1×106Ω，甚至更大)，而當正向電壓超過某值時，二極管的電阻隨兩端電壓的升高而急劇減?。疄榱颂骄慷O管的導電特性：(1)實驗小組先用多用電表判斷二極管的極性．步驟如下：A．將多用電表置于歐姆表“×100”擋，短接紅、黑表筆，調整________，使指針指向表盤右側“0”位置；B．將二極管串接在兩表筆之間，多用電表示數(shù)如圖14中a所示；C．將二極管兩極對調，多用電表示數(shù)如圖中b所示，則此時與紅表筆接觸的是二極管的________(填“正”或“負”)極．圖14(2)實驗小組設計了如圖15所示的實驗電路，通過實驗測得相關數(shù)據(jù)如下表.正向電壓U/V正向電流I/mA0.1000.2000.3000.400.020.500.2