高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI實驗13電池電動勢和內(nèi)阻的測量第九章2026內(nèi)容索引0102強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略增素能精準(zhǔn)突破03練思維遷移運用強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略一、實驗?zāi)康?.測量電源的電動勢和內(nèi)阻。2.加深對閉合電路歐姆定律的理解。二、實驗思路如圖甲或圖乙所示,改變R的阻值,從電壓表和電流表中讀出幾組U、I值,利用閉合電路的歐姆定律求E、r值。三、實驗器材電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、鉛筆和刻度尺。四、進(jìn)行實驗1.按實驗電路圖連接電路。2.把變阻器的滑片移動到使接入電路阻值最大的一端。3.閉合開關(guān),調(diào)節(jié)變阻器,記錄幾組I、U值,填入表格中。4.斷開開關(guān),拆除電路,整理好器材。五、數(shù)據(jù)處理方法一:列方程組求解電動勢和內(nèi)阻的大小根據(jù)以上三組方程分別求出E、r,再取其平均值作為電源的電動勢E和內(nèi)阻r。方法二:用作圖法處理數(shù)據(jù),如圖丙所示。

(1)圖線與縱軸交點為E;丙六、誤差分析1.由于讀數(shù)不準(zhǔn)和電表線性不良引起誤差。2.用圖像法求E和r時,由于作圖不準(zhǔn)確造成誤差。3.實驗時通電時間過長或電流過大,都會引起E、r變化。4.若采用圖甲電路,由于電壓表的分流作用造成誤差,電壓值越大,電壓表的分流越多,對應(yīng)的I真與I測的差值越大。其U-I圖像如圖丁所示。結(jié)論:E測<E真,r測<r真。5.若采用圖乙電路,由于電流表的分壓作用造成誤差,電流值越大,電流表的分壓越多,對應(yīng)的U真與U測的差值越大。其U-I圖像如圖戊所示。結(jié)論:E測=E真,r測>r真。七、注意事項1.為了使電池的路端電壓變化明顯,應(yīng)選內(nèi)阻大些的電池(選用已使用過一段時間的干電池)。2.在實驗中不要將I調(diào)得過大,每次讀完U和I的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開電源,以免干電池的E和r明顯變化。3.要測出多組(I,U)數(shù)據(jù),且變化范圍要大些。4.畫U-I圖線時,縱軸的刻度可以不從零開始,而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始(橫坐標(biāo)I必須從零開始)。但這時圖線與橫軸交點的橫坐標(biāo)值不再是短路電流,而圖線與縱軸交點的縱坐標(biāo)值仍為電源電動勢,圖線斜率的絕對值仍為內(nèi)阻。增素能精準(zhǔn)突破考點一教材原型實驗典例1.據(jù)媒體報道某藝術(shù)家用800個馬鈴薯和蘋果通過鎳釘和銅線連接起來,組成了一個超大的水果電池組,通過特殊裝置就可以給手機(jī)充電。小明同學(xué)想通過實驗來驗證水果電池的可用性,他把銅片和鋅片相隔約1cm插入一個蘋果中,制成一個水果電池,并采用如圖甲所示的電路測量該水果電池的電動勢和內(nèi)阻。小明同學(xué)查閱資料后得知,水果電池的電動勢約為1V,內(nèi)阻約為1000Ω,電流表量程為3mA,內(nèi)阻忽略不計。(1)實驗室的電阻箱有兩種規(guī)格:電阻箱R1(0~99.9Ω)電阻箱R2(0~999.9Ω),圖甲中的電阻箱R應(yīng)選用

(選填“R1”或“R2”)。

(2)閉合開關(guān)S,改變電阻箱R的阻值,并記錄對應(yīng)的電流表的示數(shù),其中某次電流表的示數(shù)如圖乙所示,則電流表的示數(shù)為

mA。

(3)利用電阻箱的阻值R與相應(yīng)的電流表的示數(shù)I,作出R-圖像,如圖丙所示。根據(jù)圖像可得,水果電池的電動勢為

V,內(nèi)阻為

Ω。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

(4)若考慮電流表的內(nèi)阻不能忽略,水果電池內(nèi)阻的測量值

(選填“大于”“小于”或“等于”)真實值。

答案

(1)R2

(2)1.00

(3)1.1

1.1×103

(4)大于解析

(1)電源內(nèi)阻是1

000

Ω,故選用R2,電流表示數(shù)才會有明顯變化。(2)電流表的精度為0.1

mA,向后估讀一位,故讀數(shù)為1.00

mA?？碱}點睛

考點考向點睛測量電動勢和內(nèi)阻1.掌握測量電源電動勢和內(nèi)阻的三種常用方法:任何一種實驗方法。一定要緊扣閉合電路歐姆定律E=U+Ir,而最關(guān)鍵的是看電路中如何測量出路端電壓U和電路中的總電流I,這也是命題專家命題時的入手點。如下:

2.在數(shù)據(jù)處理問題中,利用圖像得出電動勢和內(nèi)阻是常見的方法——注意“化曲為直”考點二實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新創(chuàng)新點點睛1.儀器的使用創(chuàng)新、裝置的改造、實驗器材的創(chuàng)新考查(1)與原型實驗對比:根據(jù)題意找出題中實驗在教材中的實驗原型或原理,如電壓表換成電壓傳感器等(2)根據(jù)題中所提供的實驗器材與原型中的器材比較,用改裝的方法完成實驗(3)在測量電表的內(nèi)阻時,要把電表當(dāng)作能讀數(shù)的電阻,充分利用待測電表自身的測量功能,即電流表可測定通過自身的電流,電壓表可測定自身兩端的電壓,不需要其他的電表來測量創(chuàng)新點點睛2.數(shù)據(jù)的靈活處理應(yīng)用圖像處理數(shù)據(jù)——細(xì)心推導(dǎo)找關(guān)系,數(shù)形轉(zhuǎn)換是關(guān)鍵。在實驗中,數(shù)據(jù)處理的常用方法有公式法、列表法、圖像法、逐差法等,電學(xué)實驗最?？嫉氖菆D像法3.實驗原理的創(chuàng)新——電路的設(shè)計此類題應(yīng)以掌握常規(guī)實驗原理、實驗方法、規(guī)范操作程序、數(shù)據(jù)處理方法等為根本依據(jù),從題目給出的電路原理圖入手分析,再結(jié)合已有的電學(xué)知識(如串并聯(lián)關(guān)系、閉合電路歐姆定律等)和實驗方法進(jìn)行推理,找到突破方向典例2.(2024廣東湛江模擬)某實驗小組要測定一節(jié)蓄電池的電動勢及內(nèi)阻,要求測量結(jié)果盡量準(zhǔn)確,實驗器材如下:電流表A1(量程為0~200μA,內(nèi)阻為800Ω);電流表A2(量程為0~300mA,內(nèi)阻約為0.3Ω);定值電阻R1(阻值為4Ω);定值電阻R2(阻值為9200Ω);滑動變阻器R(最大阻值為50Ω);待測蓄電池一節(jié)(電動勢約為2V);開關(guān)S一個,導(dǎo)線若干。(1)實驗小組連接的實物電路如圖甲所示,圖中虛線框內(nèi)的電表應(yīng)選

(選填“A1”或“A2”),圖中虛線框內(nèi)的定值電阻應(yīng)選

(選填“R1”或“R2”)。

(2)電流表A1的示數(shù)用I1表示,電流表A2的示數(shù)用I2表示,該小組多次改變滑動變阻器的滑片位置,得到了多組I1、I2數(shù)據(jù),并作出I1-(I1+I2)圖像,如圖乙所示。根據(jù)圖像可知,蓄電池的電動勢為

V,內(nèi)阻為

Ω。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)

(3)從實驗設(shè)計原理來看,該蓄電池電動勢的測量值

(選填“大于”“小于”或“等于”)真實值,內(nèi)阻的測量值

(選填“大于”“小于”或“等于”)真實值。

考題點睛

考點考向點睛裝置的改造、實驗器材的創(chuàng)新考查方法:1.利用電流表改裝的電壓表,應(yīng)用伏安法測量電動勢和內(nèi)阻;2.要注意縱軸截距和斜率表示什么,要利用閉合電路的歐姆定律導(dǎo)出其函數(shù)關(guān)系典例3.(2023廣東佛山模擬)某同學(xué)為測定電池的電動勢和內(nèi)阻,設(shè)計了如圖甲所示的電路。其中定值電阻阻值為R0、電流表內(nèi)阻可忽略不計。由于一時沒有找到適合的滑動變阻器,于是選擇用一根均勻電阻絲代替(電阻絲總阻值大于R0,并配有可在電阻絲上移動的金屬夾P,金屬夾P的電阻可忽略)。(1)根據(jù)圖甲完成圖乙中實物連線。(2)用電阻表測量電阻絲的總電阻,先將選擇開關(guān)旋至“×10”擋,紅、黑表筆短接調(diào)零后進(jìn)行測量,結(jié)果發(fā)現(xiàn)電阻表指針偏角太大,則應(yīng)將選擇開關(guān)旋至

(選填“×1”或“×100”)擋并重新進(jìn)行

。最終正確測量出電阻絲的總電阻為R。

(3)用游標(biāo)卡尺測量電阻絲的總長度L,示數(shù)如圖丙所示,則L=

mm。(4)實驗前,將P移到金屬絲

(選填“a”或“c”)位置,合上開關(guān)S,調(diào)節(jié)金屬夾的位置,依次測量出接入電路中的電阻絲長度x和電流表示數(shù)I,該小組同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪-x函數(shù)圖像如圖丁所示,圖線斜率為k,與縱軸截距為b,該電池電動勢和內(nèi)阻可表示為E=

,r=

。(用R0、R、k、b、L表示)

解析

(1)根據(jù)電路圖連接實物圖如圖所示。(2)選擇開關(guān)旋至“×10”擋,電阻表指針偏角太大,說明指針?biāo)甘緮?shù)過小,由于電阻測量值=指針?biāo)甘緮?shù)×倍率,為了增大指針?biāo)甘緮?shù),應(yīng)將選擇開關(guān)旋至“×1”擋,重新進(jìn)行歐姆調(diào)零。(3)20分度游標(biāo)卡尺的精確度為0.05

mm,電阻絲總長L=102

mm+6×0.05

mm=102.30

mm。練思維遷移運用1.隨著智能手機(jī)的廣泛應(yīng)用,充電寶成為手機(jī)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(dǎo)線,紅導(dǎo)線為充電寶的正極,黑導(dǎo)線為充電寶的負(fù)極,其余兩根導(dǎo)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

。(均選填字母“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

(填測量次數(shù)的序號)次的記錄數(shù)據(jù)有誤。

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(3)電路中接入R0的作用是

(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(zhǔn)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答案

(1)N

M

(2)4

(3)C解析

(1)電表N串聯(lián)在電路中,測量干路電流,所以N為電流表;電表M一端接在開關(guān)上,另一端接在充電寶的負(fù)極,閉合開關(guān)后相當(dāng)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(hù)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。2.(2024遼寧卷)某探究小組要測量電池的電動勢和內(nèi)阻?？衫玫钠鞑挠须妷罕?、電阻絲、定值電阻(阻值為R0)、金屬夾、刻度尺、開關(guān)S、導(dǎo)線若干。他們設(shè)計了如圖所示的實驗電路原理圖。圖(a)圖(b)圖(c)

3.某同學(xué)從實驗室找到如下器材,準(zhǔn)備測未知電源電動勢和內(nèi)阻。A.待測電源一個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(dǎo)線和開關(guān)該同學(xué)設(shè)計的電路如圖甲所示,根據(jù)該電路進(jìn)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-R坐標(biāo)系中描出的坐標(biāo)點如圖乙所示。甲乙(3)根據(jù)圖線求得電源電動勢E=

V,內(nèi)阻r=

Ω。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(2)擬合一次函數(shù)直線關(guān)系,作圖如圖所示。(3)根據(jù)圖線求得斜率4.某實驗小組欲利用圖甲所示的電路測定電源E1的電動勢E和內(nèi)阻r,已知圖中電源E2的電動勢為E0,內(nèi)阻為r0,定值電阻的阻值為R0,電壓表可視為理想電壓表,S為單刀雙擲開關(guān)。(1)當(dāng)S與1接通前,滑動變阻器的滑片P應(yīng)置于

(選填“左”或“右”)端。(2)S與1接通,改變滑片P的位置,記下電壓表的示數(shù)U1,保持P不動,S與2接通,記下電壓表的示數(shù)U2,重復(fù)以上操作,得到多組U1和U2的值。(3)該同學(xué)作