高中物理人教版选修3-1能力提升测试卷 ：第二章+第10节实验 测定电池的电动势和内阻+Word版含解析

第10节　实验：测定电池的电动势和内阻
考点一
实验原理
1.在测量电源电动势和内阻的实验中，电源的电动势约为6 V，内阻约为0.5 Ω，电流表的内阻为0.5 Ω，电压表的内阻为6 kΩ。为了减小实验误差，应当采用的电路是选项中的(　　)
答案　A
解析　电流表的内阻与电源的内阻差不多，采用电流表外接法，A正确。B图测的实际上是电源内阻和电流表内阻之和，误差较大，B错误；C图无法测出电源的电动势和内阻，C错误；D图电源被短路，也无法测出电源的电动势和内阻，D错误。
考点二
电路的连接
2．如图所示是测量两节干电池组成的串联电池组的电动势和内电阻的实验所用器材，用实线将它们连成实验电路。
答案　见解析图
解析　首先画出实验电路图如图甲所示。依据电路图连接实物图如图乙所示。因为待测电源电动势约为3 V，所以电压表选用0～3 V的量程；干电池的允许电流一般在0.5 A左右，所以电流表应选用0～0.6 A的量程；因为电流表的内阻和电池组的内阻相差不多，而电池组的内阻远小于电压表的内阻，所以电流表外接。
1．(多选)如图是根据某次测定电源的电动势和内阻的实验记录的数据作出的U-I图象，下列关于这个图象的说法中正确的是(　　)
A．纵轴截距表示待测电源的电动势，即E＝3.0 V
B．横轴截距表示短路电流，即I0＝0.6 A
C．根据r＝，计算出待测电源内阻为5 Ω
D．根据r＝，计算出待测电源内阻为1 Ω
答案　AD
解析　图线的纵截距表示电源的电动势，A正确；由于纵坐标并非从零开始，故横轴截距不是短路电流，B错误；内阻r＝＝ Ω＝1 Ω，C错误，D正确。
2．(多选)为测定电池的电动势和内阻，待测电池、开关、导线配合下列仪器可达到实验目的的是(　　)
A．一只电流表和一只电阻箱
B．一只电压表和一只电阻箱
C．一只电流表和一个滑动变阻器
D．一只电压表和一个滑动变阻器
答案　AB
解析　由E＝IR＋Ir知测E、r用一只电流表测电流，用电阻箱改变外电阻并可读出阻值，只要获得两组I、R数据即可求得E、r，用滑动变阻器无法确定接入电路的电阻，A正确，C不可行；由E＝U＋r知测E、r用一只电压表和一只电阻箱可获得两组U、R值求出E、r，B正确；若用一只电压表和一个滑动变阻器不可以，因滑动变阻器接入电路的阻值无法确定，D不能达到目的。
3．在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，已连接好部分实验电路。
(1)按如图甲所示的实验电路，把图乙中剩余的电路连接起来。
(2)在图乙的电路中，为避免烧坏电表，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于________端(填“A”或“B”)。
(3)图丙是根据实验数据作出的U-I图象，由图可知，电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω，短路电流I短＝________A。
答案　(1)如图所示
(2)B　(3)1.50　1　1.5
解析　(1)由原理图可知滑动变阻器为限流接法，电压表并联在滑动变阻器和电流表两端，由原理图连接实物图如答案图所示。
(2)为保证实验安全，闭合开关前，滑动变阻器应接入最大阻值，故滑片应接到B端。
(3)由U-I图可知，电源的电动势E＝1.50 V；当路端电压为1 V时，电流为0.5 A，则由闭合电路欧姆定律可知：r＝＝ Ω＝1 Ω；短路电流I短＝＝1.5 A。
4．为了测量由两节干电池组成的电池组的电动势和内电阻，某同学设计了如图甲所示的实验电路，其中R为电阻箱，R0＝5 Ω为保护电阻。
(1)按照图甲所示的电路图，该同学已经在图乙所示电路中完成部分导线的连接，请你完成余下导线的连接。
(2)断开开关S，调整电阻箱的阻值，再闭合开关S，读取并记录电压表的示数及电阻箱接入电路中的阻值。多次重复上述操作，可得到多组电压值U及电阻值R，并以为纵坐标，以为横坐标，画出-的关系图线(该图线为一直线)，如图丙所示。由图线可求得电池组的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。(保留两位有效数字)
(3)引起该实验系统误差的主要原因是__________________________。
答案　(1)如图所示
(2)2.9　1.1　(3)电压表的分流作用造成流过电阻箱的电流总是比电池实际输出电流小
解析　(1)根据电路图连接对应的实物图，如答案图所示。
(2)根据闭合电路欧姆定律E＝U＋(R0＋r)，进行数学变形，得
＝·＋
根据数学知识得知，-关系图线的纵截距b＝，斜率k＝。
由图得到，b＝0.35，k＝≈2.1
则电动势E＝＝V≈2.9 V，内阻r＝kE－R0＝2.1×2.9－5≈1.1 Ω。
(3)由题图甲所示电路图可以知道，电压表与电阻箱并联，因为电压表的分流作用，流过保护电阻与电源的电流大于流过电阻箱的电流，这是造成实验误差的原因。
5．如图甲所示是利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图。图中S为开关，R为滑动变阻器，固定电阻R1和A1内阻之和为10000 Ω(比r和滑动变阻器的总电阻大得多)，A2为理想电流表。
(1)按电路原理图在图乙各实物图之间画出连线。
(2)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至________(选填“a端”“中央”或“b端”)。
(3)闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置，读出电流表A1和A2的示数I1和I2。多次改变滑动端c的位置，得到的数据为
I1/mA
0.120
0.125
0.130
0.135
0.140
0.145
I2/mA
480
400
320
232
140
68
在如图丙所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1-I2曲线。
(4)利用所得曲线求得电源的电动势E＝______ V，内阻r＝________ Ω。(保留两位小数)
(5)该电路中电源输出的短路电流Im＝________ A。
答案　(1)图见解析　(2)b端　(3)图见解析
(4)1.49　0.60　(5)2.5
解析　(1)由电路图连线如图1所示。
(2)闭合开关S前，为保护电路，应使连入电路的滑动变阻器阻值最大，故滑动端c置于b端。
(3)连线如图2所示。
(4)电路中A1与R1串联等效于电压表，纵轴截距为0.149 mA，对应电压值U＝0.149×10－3×104 V＝1.49 V，
故电动势E＝1.49 V，内阻r＝＝ Ω≈0.60 Ω。
(5)短路电流Im＝＝ A≈2.5 A。
6．用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材：待测电源(电动势约3 V，内阻约2 Ω)，保护电阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。
实验主要步骤：
①将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；
②逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；
③以U为纵坐标，I为横坐标，作U-I图线(U、I都用国际单位)；
④求出U-I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。
回答下列问题：
(1)电压表最好选用______；电流表最好选用________。
A．电压表(0～3 V，内阻约15 kΩ)
B．电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ)
C．电流表(0～200 mA，内阻约2 Ω)
D．电流表(0～30 mA，内阻约2 Ω)
(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大。两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________。
A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱
B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱
C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱
D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱
(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E＝________，r＝________，代入数值可得E和r的测量值。
答案　(1)A　C　(2)C　(3)ak　k－R2
解析　(1)根据闭合电路的欧姆定律有U＝E－I(r＋R2)，实际测量时由于电压表的分流会引起系统误差，为了减小系统误差，应选用内阻较大的电压表，故电压表应选A；电路中的电流最大值大约为≈176 mA，故电流表应选C。
(2)滑片从左向右滑动时，电压表示数增大，说明滑片滑动时滑动变阻器接入电路的电阻变大，只有C项的接法符合上述情形。
(3)U -I图线如图所示，根据闭合电路的欧姆定律有U＝E－I(r＋R2)，得斜率的绝对值k＝r＋R2，故r＝k－R2。横轴截距a＝，则E＝ak。