第九节 测电源的电动势和内阻 数据处理.doc

第九节 测电源的电动势和内阻 数据处理【考纲要求】内容 要求测定电源的电动势和内阻【知识回顾】实验目的原理一 原理二 原理三 原理四实验原理被测元件测量仪器实验仪器 调节元件实验电路采集图象电动势 E数据采集与处理内阻 r误差分析及减小误差的方法【考点演练】1、用如图所示的电路测量电源的电动势 E 和内阻 r.提供的器材有：保护电阻 R0(准确阻值是 50 Ω)、电阻箱R1(0～100 Ω)、电阻箱 R2(0～ 200 Ω)、电源(电动势约 1.5 V，内阻约 1 Ω)、单刀单掷开关 S1 和单刀双掷开关 S2、导线若干．供选择的器材有：电流表 A1(量程 6 mA)、电流表 A2(量程 60 mA)、电流表A3(量程 0.6 A)．(1)电流表应该选________．(2)实验操作步骤是：闭合开关 S1，电阻箱 R1 选取合适的阻值， ________，读取并记录________；电阻箱 R2 选取合适的阻值，保持开关 S1 闭合，________，读取并记录________．(明确写出读取并记录的物理量的名称和符号)(3)电动势表达式 E＝________，内阻表达式 r＝________.[用已知和 (2)中读取并记录的物理量的符号表示]2、某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时，发现里面除了一节1.5 V 的干电池外，还有一个方形的层叠电池．为了测定层叠电池的电动势和内电阻，实验室中提供如下器材：A．电流表 A1(满偏电流 10 mA，内阻 10 Ω)；B．电流表 A2 (0～0.6～3 A，内阻未知)；C．滑动变阻器 R0(0～100 Ω，1.0 A) ；D．定值电阻 R(阻值 990 Ω)；E．开关 S 与导线若干．(1)该同学根据现有的实验器材，设计了如图甲所示的电路，请按照电路图在图乙的实物图中完成连线．甲 乙(2)该同学根据上述设计的实验电路测出多组数据，绘出如图丙所示的 I1－ I2 图线(I 1 为电流表A1 的示数，I 2为电流表 A2 的示数)，则由图线可以得到被测电池的电动势 E＝________V，内阻r＝________Ω.(保留两位有效数字) ．3、某同学用电流表 A(0～200 mA，内阻为 12 Ω)，电阻箱 R(最大阻值 9.9 Ω)，定值电阻 R0＝6.0 Ω，一个开关和若干导线来测量一个电源(电动势 E 约为 6.2 V，内阻 r 约为 2.1 Ω)的电动势及内阻．请在虚线框中画出设计电路图．若记录实验中电阻箱的阻值 R 和对应的 A示数的倒数，得到多组数据后描点作出 R－ 图1I线如图所示，则该电源的电动势丙E＝________V，内阻 r＝________Ω.(结果保留两位有效数字)4、有一种特殊的电池，它的电动势 E 约为 9 V，内阻 r 约为 50 Ω，该电池允许输出的最大电流为 50 mA.某同学利用如图甲所示的电路进行实验测定这个电池的电动势和内阻，图中电压表的内阻很大，对电路的影响可不考虑，R 为阻值范围 0～9999 Ω的电阻箱，定值电阻 R0 是保护电阻．甲　　　　 　乙(1)实验室备有的定值电阻 R0 有以下几种规格：A．10 Ω，2.5 W 　　　　B．100 Ω，1.0 WC．200 Ω，1.0 W D．2000 Ω，5.0 W本实验中应选用_____(填字母代号 )．(2)该同学接入符合要求的 R0 后，闭合开关 S，调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数，改变电阻箱阻值，取得多组数据，作出了如图乙所示的图线( 已知该直线的截距为 0.1 V－1 )．根据该同学所作出的图线可求得该电池的电动势E＝________V，内阻 r＝________ Ω.5、两位同学在实验室利用如图甲所示的电路测定值电阻 R0、电源的电动势E 和内阻 r，调节滑动变阻器的滑片 P 向某一方向移动时，一个同学记录了电流表A 和电压表 V1 的测量数据，另一同学记录电流表 A 和电压表 V2 的测量数据．并根据数据描绘了如图乙所示的两条 U－I直线．回答下列问题：甲 乙(1)根据甲、乙两同学描绘的直线，可知( 　 　)A．甲同学是根据电压表 V1 和电流表 A 的数据B．甲同学是根据电压表 V2 和电流表 A 的数据C．乙同学是根据电压表 V1 和电流表 A 的数据D．乙同学是根据电压表 V2 和电流表 A 的数据(2)图象中两直线的交点表示的物理意义是( 　　)A．滑动变阻器的滑片 P 滑到了最右端B．电源的输出功率最大C．定值电阻 R0 上消耗的功率为 0.5 WD．电源的效率达到最大值 (3)根据图 K34－12，可以求出定值电阻 R0＝______Ω ，电源电动势 E ＝________V，内阻 r＝________Ω.(4)该电路中电流表的读数能否达到0.6 A，试说明理由．6、某同学到实验室做“测电源电动势和内阻”的实验时，发现实验台上有以下器材：待测电源(电动势约为 4 V，内阻约为2 Ω)；一个阻值未知的电阻 R0；电压表(内阻很大，有 5 V、15 V 两个量程) 两块；电流表(内阻约为 5 Ω，量程 500 mA)；滑动变阻器 A(0～20 Ω，3 A)；滑动变阻器 B(0～200 Ω，0.2 A)；开关一个，导线若干．该同学想在完成学生实验“测电源电动势和内阻”的同时测出定值电阻 R0 的阻值，设计了如图所示的电路．实验时他用U1、U 2、I 分别表示电表 V1、 V2、A 的读数．在将滑动变阻器的滑片移动到不同位置时，记录了 U1、U 2、I 的一系列值．其后他在两张坐标纸上各作了一个图线来处理实验数据，并计算了电源电动势、内阻以及定值电阻 R0 的阻值．根据题中所给信息解答下列问题：(1)电压表 V1 接入电路时应选择的量程是________，滑动变阻器应选择_________(填器材代号“A”或“B ”)．(2)在坐标纸上作图线时，用来计算电源电动势和内阻的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用________、__________表示；用来计算定值电阻 R0 的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用________、__________表示．( 填“U1、U 2、I ”或由它们组成的算式)(3)若实验中的所有操作和数据处理均无错误，实验中测得的定值电阻 R0 的值________(选填“大于”、 “小于 ”或“等于”) 其真实值．第九节 测电源的电动势和内阻 数据处理·学案解析【考点演练】1、 【答案】(1)A 2　(2)开关 S2 拨至接线柱1　电阻箱 R1 的阻值和电流表的示数 I1　开关 S2 拨至接线柱 2　电阻箱 R2 的阻值和电流表的示数 I2 　(3)－R 0I1I2R1－ R2I2－ I1 I1R1－ I2R2I2－ I1【解析】(1)闭合开关 S1 和 S2 后，电路中的最大电流约为：I＝ ＝ A＝0.03 ER0 1.550A＝30 mA，电路中最小电流约为I′＝ ＝ A＝6 mA，电流ER0＋ 200 Ω 1.5250表选取 A2.(2)开关 S2 拨至接线柱 1，读取电阻箱 R1 的阻值和电流表的示数I1；保持开关 S1 闭合，然后把开关 S2拨至接线柱 2，读取电阻箱 R2 的阻值和电流表的示数 I2.(3)由闭合电路欧姆定律，开关 S1 拨至1，有：E＝I 1(R0＋R 1＋r)；开关 S2 拨至 2，有：E＝I 2(R0＋R 2＋r)．联立解得E＝ ，r＝ －RI1I2R1－ R2I2－ I1 I1R1－ I2R2I2－ I10.2． 【答案】(1)如图所示　(2)9.1　10【解析】 (1)实物连接如图所示. (2)由闭合电路欧姆定律得E＝I 1(R＋R A1)＋(I 1＋I 2)r，从图中可以得出：I 1＝8.0 mA 时，I 2＝0.1 A；I 1＝4.0 mA 时，I 2＝0.5 A．把数据代入 I1 和 I2 的关系式，联立解得E＝9.1 V，r ＝10 Ω.3、 【答案】如图所示　 6.0　2.0【解析】 由于电流表 A 的量程过小，可以并联一个分流电阻 R0.电路如图所示．由闭合电路欧姆定律可得 E＝Ir A＋( I＋)(R＋r )，代入数据解得 R＝ IrAR0· － r－4，对比图象可得 r＋4＝6，E31I解得 r＝2.0Ω； ＝ ，解得 E＝6.0 V.E3 634、 【答案】(1)C 　(2)10　46【解析】(1)若电阻箱的阻值为零，则有E＝I m(R0＋r)，解得 R0＝130 Ω，要求定值电阻约为 130 Ω，A、B 不能选，C 允许的最大电流为 I＝ ＝ PR 1200A＝0.07 A＝70 mA，大于 50 mA，符合要求，R 0 应选 C.(2)由闭合电路欧姆定律E＝U＋ ·r，变形后得 ＝ ＋ ·UR0＋ R 1U 1E rE，对比图乙得，电源的电动势等1R0＋ R于纵轴截距的倒数，直线的斜率等于电源的内阻与电动势的比值，所以电动势 E＝10 V，内阻r＝E×k＝10× 4.6 Ω＝46 Ω.5、 【答案】(1)AD　(2)BC　(3)2.0 　1.50　1.0 　(4)不能【解析】 (1)从电路连接可以看出，电流表A 的读数增大时，电压表 V1 的读数减小，电压表 V2 的读数增大．甲同学是根据电压表 V1 和电流表 A 的数据绘出图线，选项 B 错误，选项 A 正确；乙同学是根据电压表 V2 和电流表 A 的数据绘出图线，选项 C 错误，选项 D 正确．(2)图象中两直线的交点表示电压表 V1的读数与电压表 V2 的读数相等，即滑动变阻器的阻值为 0，滑动变阻器的滑片 P 滑到了最左端，选项 A 错误；从图象可以得出电阻 R0 的阻值大于电源的内阻，滑动变阻器的阻值减小，电源的输出功率增大，两直线的交点对应滑动变阻器的阻值为 0，即电源的输出功率最大，选项 B 正确；定值电阻R0 消耗的功率为：P＝U 2I＝1.0×0.5 W＝0.5 W，选项 C 正确；电源的效率为：η＝ ＝ ，U 越大，效率越大，UIEI UE选项 D 错误．(3)从图象可以得出定值电阻 R0 的阻值为 R0＝ ＝ Ω＝2.0 Ω；从甲同学U2I 1.00.5的图象可以得出图象在 U 轴上的截距为 1.50 V，即电源的电动势为 1.50 V，图象斜率的绝对值为：k ＝ ＝ΔU1ΔIΩ＝1.0 Ω，即电源的内阻为 r＝1.0 0.50.5Ω.(4)该电路中电流表的读数为：I＝，当 R 最小时，电流最大，ER＋ R0＋ r最大值为：Im＝ ＝ A＝0.5 A，该电ER0＋ r 1.52.0＋ 1.0路中电流表的读数不能达到 0.6 A.6、 【答案】(1)5 V　A　(2) I　U 1　I　U1－U 2　(3)大于【解析】(1)由于电源的电动势为 4 V，电压表 V1 的量程选取 5 V；为了便于调节，滑动变阻器应选择 A.(2)计算电源的电动势和内阻的图线是路端电压和电流的关系图象，横坐标和纵坐标分别用 I 和 U1 表示；计算定值电阻 R0 的图线是电阻两端的电压和电流的关系图象，横坐标和纵坐标分别用 I 和(U 1－U 2)表示．(3)由于电压表 V2 的分流作用，通过定值电阻的电流大于电流表的示数，使得电阻的测量值偏大，即测量值大于真实值．§7·9 测电源的电动势和内电阻 数据处理·限时训练1、某研究性学习小组利用如图甲所示的电路测量电池组的电动势 E 和内阻 r.根据实验数据绘出如图乙所示的图线，其中 R 为电阻箱读数，I 为电流表读数，由此可以得到E＝_______V，r＝_______Ω.甲 乙2、为了测量某电池的电动势 E(约为 3 V)和内阻 r，可供选择的器材如下：A．电流表 G1(2 mA,100 Ω)；B．电流表 G2(1 mA，内阻未知)；C．电阻箱 R。