高中物理鲁科版 过关检测选修3-1　实验：测量电源的电动势和内阻 Word版含解析

　实验:测量电源的电动势和内阻

1.(2016北京理综,19,6分)某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻,他们提出的实验方案中有如下四种器材组合。为使实验结果尽可能准确,最不可取的一组器材是(　　)
A.一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器
B.一个伏特表和多个定值电阻
C.一个安培表和一个电阻箱
D.两个安培表和一个滑动变阻器
答案　D　根据U=E-Ir,要测出E和r,就要同时测出U和I,A、B、C三个选项都能满足要求;D选项只能测出电流I,不能测出电压U,所以选D。
2.小芳同学利用手边的实验器材设计了如图所示的电路,电阻R的阻值以及电源的电动势和内阻均未知,电压表另一端的接线位置待定。通过改变滑动变阻器接入电路的阻值获得多组数据,并描绘出U-I关系图像(U、I分别为电压表和电流表的示数)。不计电表对电路的影响。下列说法正确的是(　　)
/
A.若接a,利用该图像可得到电阻R的阻值
B.若接b,利用该图像可得到电阻R的阻值
C.若接a,利用该图像可得到电源的电动势和内阻
D.若接b,利用该图像可得到电源的电动势和内阻
答案　D　当接b时,U-I图线与U轴交点的纵坐标为电源电动势,图线斜率的绝对值为电源内阻。当接a时,U-I图线斜率的绝对值为电源内阻与电阻R之和,与U轴交点的纵坐标为电源电动势。D项正确,A、B、C错误。
3.(2018朝阳一模)利用如图1所示的电路可以测定一节干电池的电动势和内电阻。
(1)现有电压表(0~3 V)、开关和导线若干,以及下列器材:
A.电流表(0~0.6 A)
B.电流表(0~3 A)
C.滑动变阻器(0~20 Ω)
D.滑动变阻器(0~100 Ω)
实验中电流表应选用　　　　;滑动变阻器应选用　　　　。(选填相应器材前的字母)?
/
图1
/
图2
(2)在图2中用笔画线代替导线,按图1将电路连线补充完整。
(3)实验中,某同学记录的6组数据如表所示,其中5组数据的对应点已经标在图3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)
1.35
1.30
1.25
1.20
1.15
1.10
电流I(A)
0.12
0.14
0.24
0.30
0.36
0.42
/
图3
(4)根据图3可得出干电池的电动势E=　　　　 V,内电阻r=　　　　 Ω。?
(5)小明同学学习了电源的相关知识后,制作了如图4所示的水果电池。为了测量该电池的电动势,他从实验室借来了灵敏电流表(内阻未知,且不可忽略)、电阻箱、开关以及若干导线,设计了如图5所示的电路图。你认为小明同学能否准确测出水果电池的电动势,并说明理由。
/
图4
/
图5
答案　(1)A　C　(2)如图所示
/
(3)如图所示
/
(4)1.45(1.43~1.47)　0.83(0.80~0.86)
(5)可以准确测出水果电池的电动势。
根据闭合电路欧姆定律有E=I(R+r+Rg),变形可得
1
??
=
1
??
R+
??+
??
g
??
。
实验中,改变电阻箱的阻值R,可读出灵敏电流表相应的读数I,得到多组对应R、I数据,并画出
1
??
-R图像。在
1
??
-R图像中,图线的斜率k=
1
??
,所以E=
1
??
。
解析　(1)测定一节干电池的电动势和内阻,要求在小电流下快速测量,控制电流较小,故电流表选0~0.6 A的;干电池的内阻较小,滑动变阻器的总电阻过大调节不方便,故滑动变阻器选0~20 Ω的。
(2)见答案
(3)见答案
(4)U-I图线的纵截距表示电池的电动势,则E=1.45 V。图线斜率的绝对值表示内电阻,则r=
|Δ??|
Δ??
=
1.45-1.1
0.42
Ω=0.38 Ω。
4.(2018石景山一模)现要测量一电池的内阻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。
某同学的实验过程如下:
Ⅰ.设计如图1所示的电路图,正确连接电路。
/
图1
Ⅱ.将滑动变阻器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2所示的图线。
/
图2
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。重复步骤Ⅱ,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2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分别接在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”)?
答案　(1)A2　R2　(2)25　(3)
??
0
??
0
-r　(4)相同　不同
解析　(1)由电池的电动势约为6 V,电池内阻和待测电阻阻值均为数十欧,可知电流表应选A2,滑动变阻器要起限流作用,故选R2。
(2)U-I图像的斜率绝对值等于r,由图可得r=25 Ω。
(3)电路改接后,U-I图线斜率的绝对值等于r+Rx,故有Rx=
??
0
??
0
-r。
(4)Rx分别接在B、C之间与接在A、B之间,电压表测量的电压是不同的,调节滑动变阻器,电压表示数变化范围也不同,但电流表始终与电阻是串联关系,故电流表示数变化范围相同。
B组　综合提能
1.(2018丰台一模)用图甲所示的电路,测定一节旧干电池的电动势和内阻。除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有:
/
甲
双量程电流表:/(量程0~0.6 A,0~3 A);
双量程电压表:/(量程0~3 V,0~15 V);
滑动变阻器:R1(阻值范围0~20 Ω,额定电流2 A)
R2(阻值范围0~1 000 Ω,额定电流1 A)
(1)为了调节方便,测量精度更高,实验中应选用电流表的量程为　　　　A,电压表的量程为　　　　V,应选用滑动变阻器　　　　(填写滑动变阻器符号)。?
(2)根据图甲正确连接图乙中的实物电路,注意闭合开关时滑动变阻器的滑片P应处于正确的位置并选择正确的电表量程进行连线。
/
乙
(3)通过多次测量并记录对应的电流表示数I和电压表示数U,利用这些数据在图丙中画出了U-I图线。由图线可以得出此干电池的电动势E=　　　 V,内阻r =　　　Ω。?
/
丙
(4)引起该实验的系统误差的主要原因是　　　。?
A.电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小
B.电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流大
C.电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压小
D.电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压大
(5)根据实验测得的I、U 数据,若令y=IU,x=I,则由计算机拟合得出的y-x 图线应是图丁中的　　　　(选填“a”“b”或“c”),其余两条图线分别是令y=IE和y=I2r得出的。根据前面测量得到的电源电动势和内阻的值,推测图丁中A点的x、y坐标分别为　　　　A、　　　　W(保留2位有效数字)。?
/
丁
答案　(1) 0~0.6　0~3　R1　
(2)如图所示
/
(3)1.45　1.3　
(4)A　
(5)c　1.1　1.6
解析　(1)1节旧干电池的电动势约1.5 V,电压表用0~3 V量程更精确。由图丙可知电流表通过电流的最大值为0.5 A左右,选用电流表的0~0.6 A量程更精确。干电池内阻1~ 2 Ω,选R1能较好地控制电路中电流变化,而R2阻值太大,不方便控制电路。
(2)见答案
(3)由U=E-rI知U-I图线的纵截距为E,即E=1.45 V,斜率的绝对值表示内阻,r=
|Δ??|
Δ??
=
1.45-0.80
0.50
Ω=1.3 Ω。
(4)电源实际输出电流等于通过电压表的电流加上通过电流表的电流,即电流表读数比电源输出电流小,因此选A。
(5)y=IU=P外=EI-I2r=Ex-rx2,即y-x图线是开口向下的抛物线,因此选填c。若y=IE,则y=Ex,即a图线。 b是y=I2r图线,即y=I2r=rx2,为开口向上的抛物线的一半。a、b图线交点满足EI=I2r,I=
??
??
=x=
1.45
1.3
A=1.1 A,y=EI=1.45×1.1 W=1.6 W。
2.某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻,实验原理如图甲所示,其中,虚线框内为用灵敏电流计/改装的电流表/,/为标准电压表,E为待测电池组,S为开关,R为滑动变阻器,R0是标称值为4.0 Ω的定值电阻。
(1)已知灵敏电流计/的满偏电流Ig=100 μA、内阻rg=2.0 kΩ,若要使改装后的电流表满偏电流为200 mA,应并联一只　　　　Ω(保留一位小数)的定值电阻R1;?
(2)根据图甲,用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路;
/
(3)某次实验的数据如下表所示:
测量次数
1
2
3
4
5
6
7
8
电压表/读数U/V
5.26
5.16
5.04
4.94
4.83
4.71
4.59
4.46
改装表/读数I/mA
20
40
60
80
100
120
140
160
　　该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法),计算出电池组的内阻r=　　　　Ω(保留两位小数);为减小偶然误差,逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是　。?
(4)该小组在前面实验的基础上,为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响,用一已知电动势和内阻的标准电池组,通过上述方法多次测量后发现:电动势的测量值与已知值几乎相同,但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误,则内阻测量值总是偏大的原因是　　　　。(填选项前的字母)?
A.电压表内阻的影响
B.滑动变阻器的最大阻值偏小
C.R1的实际阻值比计算值偏小
D.R0的实际阻值比标称值偏大
答案　(1)1.0　
(2)如图所示　
(3)1.66　充分利用已测得的数据　
(4)CD
/
解析　(1)Igrg=(I-Ig)R1,解得R1=1.0 Ω。
(2)参见答案。
(3)r'=
Δ??
Δ??
,r1'=
??
5
-
??
1
??
5
-
??
1
,r2'=
??
6
-
??
2
??
6
-
??
2
,r3'=
??
7
-
??
3
??
7
-
??
3
r4'=
??
8
-
??
4
??
8
-
??
4
,I5-I1=I6-I2=I7-I3=I8-I4=80 mA
??
=
??
'-R0=
??
1
'+
??
2
'+
??
3
'+
??
4
'
4
-R0=
??
5
+
??
6
+
??
7
+
??
8
-
??
1
-
??
2
-
??
3
-
??
4
4×0.08A
-4 Ω=1.66 Ω
(4)电压表内阻的影响会造成E和r的测量值均偏小,滑动变阻器对测量没有影响,R1的值偏小,/表测量值偏小,
??
'测量值偏大,r=r'-R0,R0偏小,r偏大。