資源簡介 第10講 電學實驗(二)實驗三:測定電源的電動勢和內阻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0.6 A的量程,電壓表用3 V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,調節滑動變阻器,使電流表有明顯示數并記錄一組數據(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.實驗數據求E、r的處理方法(1)列方程求解:由U=E-Ir得,解得E、r.(2)用作圖法處理數據,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=;③圖線的斜率表示r=||.2.注意事項(1)為了使路端電壓變化明顯,可使用內阻較大的舊電池.(2)電流不要過大,應小于0.5 A,讀數要快.(3)要測出不少于6組的(I,U)數據,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,內阻應根據r=||確定.(5)電流表要內接(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阻.實驗器材:待測電源(電動勢約3 V,內阻約2 Ω),保護電阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω),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U和相應電流表的示數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(0~3 V,內阻約15 kΩ)B.電壓表(0~3 V,內阻約3 kΩ)C.電流表(0~200 mA,內阻約2 Ω)D.電流表(0~30 mA,內阻約2 Ω)(2)滑動變阻器的滑片從左向右滑動,發現電壓表示數增大.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和內阻r的表達式E=________,r=________,代入數值可得E和r的測量值.[變式1]利用圖4所示的電路測定一節干電池的電動勢和內阻,要求盡量減小實驗誤差.供選擇的器材有:A.電流表A(0~0.6 A)B.電壓表V1(0~3 V)C.電壓表V2(0~15 V)D.滑動變阻器R1(0~20 Ω)E.滑動變阻器R2(0~200 Ω)F.定值電阻R0=1 ΩG.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,但是無論怎么移動滑動變阻器的滑片,電壓表的讀數變化都非常小.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.請你在虛線框內畫出改進后的電路圖.某位同學記錄了6組數據,對應的點已經標在坐標紙上.在圖5坐標紙上畫出U-I圖線,并根據所畫圖線可得出干電池的電動勢E=______ V,內電阻r=________ Ω.(結果均保留兩位有效數字)[變式2]利用電流表和電壓表測定一節干電池的電動勢和內阻.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)現有電流表(0~0.6 A)、開關和導線若干,以及以下器材:A.電壓表(0~15 V) B.電壓表(0~3 V)C.滑動變阻器(0~50 Ω) D.滑動變阻器(0~500 Ω)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組數據如表所示,其中5組數據的對應點已經標在圖7,請標出余下一組數據的對應點,并畫出U-I圖線.序號 1 2 3 4 5 6電壓U(V) 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10電流I(A) 0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480(4)根據(3)中所畫圖線可得出干電池的電動勢E=________ V,內電阻r=________ Ω.(5)實驗中,隨著滑動變阻器滑片的移動,電壓表的示數U及干電池的輸出功率P都會發生變化.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蓄電池的電動勢和內阻.蓄電池的電動勢約為3 V.A.量程是0.6 A,內阻約為0.5 Ω的電流表;B.量程是3 V,內阻是6 kΩ的電壓表;C.量程是15 V,內阻是30 kΩ的電壓表;D.阻值為0~1 kΩ,額定電流為0.5 A的滑動變阻器;E.阻值為0~10 Ω,額定電流為2 A的滑動變阻器;F.定值電阻4 Ω,額定功率4 W;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,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,內阻r=______ Ω.(結果保留兩位有效數字)圖9題型二:實驗拓展創新[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內阻之和為10 000 Ω(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I1和I2.多次改變滑動端c的位置,得到的數據為:I1(mA) 0.120 0.125 0.130 0.135 0.140 0.145I2(mA) 480 400 320 232 140 68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,內阻r=________ Ω.(均保留兩位小數)(5)該電路中電源輸出的短路電流Im=__________ A.(保留兩位有效數字)[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阻.A.待測干電池一節,電動勢約為1.5 V,內阻約為幾歐姆B.直流電壓表V,量程為3 V,內阻非常大C.定值電阻R0=150 ΩD.電阻箱RE.導線和開關根據如圖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U.在-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阻,則與R的關系式為_____________________.(2)在圖乙坐標紙上畫出-R關系圖線.(3)根據圖線求得斜率k=________ V-1·Ω-1,截距b=________ V-1(保留兩位有效數字).(4)根據圖線求得電源電動勢E=________ V,內阻r=________ Ω(保留三位有效數字).[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的內阻和電源(內阻忽略不計)的電動勢,實驗過程中電流表的讀數始終符合實驗要求.(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R2使電流表A有明顯讀數I0;接著將開關K2撥至2位置.保持R2不變,調節R1,當調節R1=34.2 Ω時,電流表A讀數仍為I0,則該未知電阻的阻值Rx=________ Ω.(2)為了測量電流表A的內阻RA和電源(內阻忽略不計)的電動勢E,他將R1的阻值調到R1=1.5 Ω,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I;最后根據記錄的數據,他畫出了如圖乙所示的圖象,根據你所學知識和題中所給字母寫出該圖象對應的函數表達式為:____________;利用圖象中的數據可求得,電流表A的內阻RA=______ Ω,電源(內阻忽略不計)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 串聯電阻分壓 并聯電阻分流改裝原理圖分壓電阻或分流電阻 U=Ig(Rg+R) 故R=-Rg IgRg=(I-Ig)R 故R=改裝后電表內阻 RV=Rg+R>Rg RA=2.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,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歐姆表內部:電流表、電池、調零電阻串聯.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=.3.刻度的標定:紅、黑表筆短接(被測電阻Rx=0)時,調節調零電阻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=時,Rx=Rg+R+r,此電阻值等于歐姆表的內阻值,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,電阻示數較小,反之電阻示數很大,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,待指針穩定后讀數;③讀出指針在刻度盤上所指的數值,用讀數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字,讀數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,若電壓表示數不為零,說明電源良好,若電壓表示數為零,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.若電壓表示數等于電源電動勢,則說明該部分電路中有斷點.②用直流電流擋:將電流表串聯在電路中,若電流表的示數為零,則說明與電流表串聯的部分電路斷路.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,若電壓表示數為零,說明電源被短路;若電壓表示數不為零,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,若串聯在電路中的電流表示數不為零,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________(已知電流表的內阻為Rg,電池的內阻為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2.0×104 Ω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,發現電表指針指在電阻“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10 V)的內阻(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為______ Ω;如圖乙所示,電壓表的讀數為________ 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10 Ω,反向電阻約為50 kΩ,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2 V時的電阻值,二極管接在1、2之間,電壓表的內阻約為40 kΩ,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,量程和對應的內阻分別為:①50 μA,內阻約為100 Ω;②50 mA,內阻約為50 Ω;③250 mA,內阻約為10 Ω.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 實驗拓展創新[例2]小明在實驗室中發現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,發現起始階段電壓表的示數逐漸增大,后續階段電壓表示數保持6 V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)根據元件D銘牌上的部分信息,小明從網絡獲知該元件為穩壓二極管,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的穩壓工作區,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部等效電路,已知電源電動勢E=9 V,電表滿偏電流Ig=3 mA.實驗時小明先進行歐姆調零,則調零后多用電表內部總電阻為________ Ω;調零后按圖丙連接元件D進行測量,若D恰好處于穩壓工作區,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,發現指針偏轉角度過大,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“2.5 V”擋的內阻RV(約為20 kΩ).除此多用電表外,還有以下器材:直流電源一個(電動勢E為3 V,內阻可忽略不計)、電阻一個(阻值R為10 kΩ)、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(1×106 Ω,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小.為了探究二極管的導電特性:(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,多用電表示數如圖14中a所示;C.將二極管兩極對調,多用電表示數如圖中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據如下表.正向電壓U/V 正向電流I/mA0.10 00.20 00.30 00.40 0.020.50 0.260.55 0.560.60 1.130.65 1.790.68 2.370.70 3.00①由二極管的特性和表中數據可知,當電壓表示數為0.10~0.30 V時,圖中開關S一定接在位置________;②根據表中數據,在圖16中作出二極管的伏安特性曲線(要求保留所描的點跡),由圖線可知,二極管是________(填“線性”或“非線性”)元件.(3)若此二極管為發光二極管,正常發光時通過的電流為3.00 mA,若用1.5 V的電源供電,則應該給二極管________(填“串”或“并”)聯一個約________ Ω的電阻.(結果保留三位有效數字)第10講 電學實驗(二)作業1、現有一電池,其電動勢E約為3V,內阻1~2Ω,允許通過的最大電流為750mA.為測定該電池的電動勢和內阻,某同學利用如圖1所示的電路進行實驗。圖1中R為電阻箱,阻值范圍為0~9999Ω,R0為保護電阻。(1)可備選用的定值電阻R0有以下幾種規格,本實驗應選用_______。A.2Ω B.3 Ω C.4Ω D.5Ω(2)按照圖1所示的電路圖,將圖2所示的實物連接成實驗電路。(3)某同學測量該電池的電動勢和內阻,經正確操作后得到幾組數據,并根據這幾組數據作出電壓表示數U的倒數隨變阻器R的阻值的倒數1/R變化的規律如圖3所示。由圖象可知:①用E、r表示該電池的電動勢和內阻,則與關系式為_______________________;②依據實驗數據繪出的_圖線如圖3所示,則該電源的電動勢E=_____________V,內阻r=___________Ω.(計算結果保留兩位有效數字)用如圖所示的多用電表測量電阻,要用到選擇開關K和兩個部件S、T.請根據下列步驟完成電阻測量:(1)旋動部件_______,使指針對準電流的“0“刻線;(2)將K旋轉到電阻擋“×l00“的位置;(3)將插入“十“、“-“插孔的表筆短接,旋動部件_________,使指針對準電阻的______,(填“0刻線“或“∞刻線“);(4)將兩表筆分別與待測電阻相接,發現指針偏轉角度過小。為了得到比較準確的測量結果,應將K旋轉到電阻擋的_______,(填“×1K”或“×100”)的位置,重新進行歐姆調零并完成測量。 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫