高中物理教科版选修3-1自我检测：2.5 测量电源的电动势和内阻 Word版含解析

高中物理教科版选修3-1自我检测：2.5 测量电源的电动势和内阻
1．(多选)某同学用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为0～20 Ω，连接电路的实物图如图所示．
指出该同学接线中错误的和不规范的做法是(　　)
A．滑动变阻器不起变阻作用　 B．电流表接线有错
C．电压表量程选用不当 D．电压表接线有错
解析：选AD.滑动变阻器要起变阻的作用，必须使接入电路的两根导线一条接在下面的接线柱上，另一条接在上面的金属杆的一端上，图中变阻器起不到变阻的作用，故选A.电流表和电压表接入电路时，选择好恰当的量程后，要特别注意“＋”“－”接线柱是否正确，不然的话，极易损坏电表，图中电流表的“＋”“－”接线柱无错误，故不选B.干电池的电动势为1.5 V，电压表量程适当，故不选C.但电压表不能直接并联到电源两端，因为开关断开后，电压表仍有示数，且电压表“＋”“－”接线柱有错，故选D.
2．(多选)如图所示是根据某次实验记录数据画出的U－I图像，下列关于这个图像的说法中正确的是(　　)
A．纵轴截距表示待测电源的电动势
B．横轴截距表示短路电流
C．根据r＝，计算出待测电源内阻为12 Ω
D．电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω
解析：选AD.图像与纵轴的交点，电流取值为0，此时为断路状态，截距即等于电源电动势，选项A对；但图像与横轴的交点处，电压等于5.0 V，所以0.5 A是路端电压为5.0 V时的电流，而不是短路电流，所以B错；根据r＝得：r＝2 Ω，所以C错；根据R＝＝ Ω＝18 Ω，选项D对．
3．在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：
A．待测干电池(电动势约为1.5 V，内阻小于1.0 Ω)
B．电流表G(满偏电流Ig＝3 mA，内阻Rg＝10 Ω)
C．电流表A(0～0.6 A，内阻0.1 Ω)
D．滑动变阻器R1(0～20 Ω，10 A)
E．滑动变阻器R2(0～200 Ω，1 A)
F．定值电阻R0(990 Ω)
G．开关和导线若干
(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了图甲中的(a)(b)两个参考实验电路，其中合理的是图________所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选________(填写器材的字母代号)．
(2)图乙为该同学根据(1)中选出的合理实验电路，利用测出的数据绘出的I1－I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，则由图线可得被测电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.
解析：(1)电路(a)中电流表A和定值电阻R0组成的电压表量程为0.6×990 V＝594 V，而电源电动势仅约为1.5 V，所以电路(a)不合理，电路(b)合理，电源的内阻较小，又滑动变阻器采用限流式改变电路，所以用滑动变阻器R1改变电路较为方便．
(2)根据实验原理可知电流表G的读数乘以(10＋990) Ω，即为电路的路端电压，所以图线在纵轴上的截距乘以(10＋990) Ω，可得电源电动势E＝1.48×10－3×(10＋990) V＝1.48 V；从图线上取两点得电池的内阻r＝ Ω＝0.8 Ω.
答案：(1)(b)　D　(2)1.48(1.47～1.49均正确)
0．8(0.78～0.82 均正确)
4．某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻(R0＝5 Ω)一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图(a)所示．
(1)在图(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接．
(2)请完成下列主要实验步骤：
A．检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图(c)所示，读得电阻值是________；
B．将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49 V；
C．将开关S2________，电压表的示数是1.16 V；断开开关S1.
(3)使用测得的数据，计算出干电池的内阻是________(计算结果保留两位有效数字)．
(4)由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏________(选填“大”或“小”)．
解析：(1)如答案图所示．
(2)由题图(c)读得电阻箱阻值为R＝20 Ω；将S1闭合S2断开，电压表示数为电源电动势E＝1.49 V；将S2再闭合，电压表示数为R两端电压．将电压表视为理想电表，则干路电流I＝＝ A＝0.058 A.
(3)因为I＝，所以r＝－R0－R＝ Ω≈0.69 Ω.
(4)若考虑电压表的内阻，则S1闭合S2断开时，电压表示数为该表两端电压，小于电源电动势，因而测得的电动势比实际值偏小．
答案：(1)如图所示　(2)A.20 Ω　C．闭合
(3)0.69 Ω　(4)小
5．为测量一电源的电动势及内阻．
(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为0～9 V的电压表．
A．量程为0～1 V、内阻大约为1 kΩ的电压表V1；
B．量程为0～2 V、内阻大约为2 kΩ的电压表V2；
C．量程为0～3 V、内阻为3 kΩ的电压表V3.
选择电压表________串联________kΩ的电阻可以改装成量程为0～9 V的电压表．
(2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号V1、V2或V3与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表)，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图．
(3)根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50 V时，电阻箱的阻值为15.0 Ω；电压表示数为2.00 V时，电阻箱的阻值为40.0 Ω，则电源的电动势E＝________V、内阻r＝________Ω.
解析：(1)改装电压表需根据电压表内阻计算分压电阻的电阻值，V3表的量程扩大3倍即为改装的电压表，故应选C.要将量程为0～3 V、内阻为3 kΩ的电压表改装为量程为0～9 V的电压表，串联分压电阻的阻值为R＝＝6 000 Ω＝6 kΩ.
(2)原理电路图如图所示．
(3)根据闭合电路欧姆定律知E＝3U＋r，将U1＝1.50 V，R′1＝15.0 Ω及U2＝2.00 V，R′2＝40.0 Ω分别代入上式联立解方程得E＝7.5 V，r＝10.0 Ω.
答案：(1)C　6　(2)见解析　(3)7.5　10.0
6．利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻．要求尽量减小实验误差．
(1)应该选择的实验电路是图中的________(选填“甲”或“乙”)．
(2)现有电流表(0～0.6 A)、开关和导线若干，以及以下器材：
A．电压表(0～15 V)
B．电压表(0～3 V)
C．滑动变阻器(0～50 Ω)
D．滑动变阻器(0～500 Ω)
实验中电压表应选用________，滑动变阻器应选用________．(选填相应器材前的字母)
(3)某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图丙的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U－I图线.
序号
1
2
3
4
5
6
电压
U/V
1.45
1.40
1.30
1.25
1.20
1.10
电流
I/A
0.060
0.120
0.240
0.260
0.360
0.480
丙
(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.
解析：(1)电流表内阻与电池内阻相差不多，如果用乙图误差较大，应选用甲图．
(2)干电池的电动势为1.5 V左右，为减小误差，应选择量程为3 V的电压表；根据电源电动势和电流表量程，可知应选择最大阻值为50 Ω的滑动变阻器．
(3)第四组数据误差较大，应舍去，连线后如图所示．
(4)根据U－I图像，电源的电动势为纵轴的截距，为1.5 V，内电阻为斜率的大小，r＝ Ω≈0.83 Ω.
答案：(1)甲　(2)B　C　(3)见解析图
(4)1.50(1.49～1.51)　0.83(0.81～0.85)
7．用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx.已知电池的电动势约6 V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧．可选用的实验器材有：
电流表A1(量程0～30 mA)；
电流表A2(量程0～100 mA)；
电压表V(量程0～6 V)；
滑动变阻器R1(阻值0～5 Ω)；
滑动变阻器R2(阻值0～300 Ω)；
开关S一个，导线若干条．
某同学的实验过程如下：
Ⅰ.设计如图甲所示的电路图，正确连接电路．
甲
Ⅱ.将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录．以U为纵轴，I为横轴，得到如图乙所示的图线．
乙
Ⅲ.断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变．重复Ⅱ的步骤，得到另一条U－I图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0，0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)．
回答下列问题：
(1)电流表应选用______，滑动变阻器应选用______．
(2)由图乙的图线，得电源内阻r＝________Ω.
(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx＝____________，代入数值可得Rx.
(4)若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围________，电压表示数变化范围________．(选填“相同”或“不同”)
解析：(1)由题U－I图线可知电流表量程应为0～100 mA，故选A2.路端电压大于5.5 V，而电源电动势E＝6 V，故R外?r，则滑动变阻器选R2.
(2)由题图得：r＝＝25 Ω.
(3)Rx＋r＝，Rx＝－r.
(4)电流I＝，r＋Rx一定，R从300 Ω变到某同一阻值，电流变化范围相同．Rx接AB间时，U＝(R＋Rx)，Rx接BC间时，U′＝R，故两种情况下电压变化不同．
答案：(1)A2　R2　(2)25　(3)－r　(4)相同　不同