2.10 实验测定电池的电动势和内阻—2020-2021学年高中物理选修3-1练习册

10　实验:测定电池的电动势和内阻
知识点一　伏安法测电源电动势原理及实验步骤
1.某学生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L2-10-1所示.
图L2-10-1
(1)该学生接线中错误或不规范的做法是　　　　(填选项前的字母).?
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.电压表接线不妥
(2)请在虚线框中画出这个实验的正确电路图.
2.测定干电池的电动势和内阻的实验电路如图L2-10-2所示,请回答下列问题.
图L2-10-2
(1)现备有以下器材:
A.干电池1节;
B.滑动变阻器(0~50
Ω);
C.电压表(量程为0~3
V);
D.电压表(量程为0~15
V);
E.电流表(量程为0~0.6
A);
F.电流表(量程为0~3
A).
其中电压表应选　　　　,电流表应选　　　　.(填字母代号)
?
(2)图L2-10-3是根据实验数据作出的U-I图像,由此可知这节干电池的电动势E=　　　V,内阻r=　　　Ω.?
图L2-10-3
知识点二　实验数据处理
3.用电流表和电压表测定电池的电动势E和内阻r,所用电路如图L2-10-4所示,一位同学测得的六组数据如下表所示.
图L2-10-4
组别
1
2
3
4
5
6
电流I/A
0.12
0.20
0.31
0.38
0.50
0.59
电压U/V
1.37
1.32
1.24
1.18
1.10
1.05
(1)试根据这些数据在图L2-10-5中作出U-I图线.
图L2-10-5
(2)根据图线求出电池的电动势E=　　　　V,电池的内阻r=　　　　Ω.?
4.某实验小组利用如图L2-10-6甲所示的电路做”测量电池的电动势和内阻”的实验.
图L2-10-6
(1)请你根据电路图,在图丙所示的实物图上连线.
(2)该小组利用测量出来的几组电压和电流值画出了U-I图线如图乙所示.根据图线求出电池的电动势E=　　　　,电池的内阻r=　　　　.?
(3)另一实验小组也做“测量电池的电动势和内阻”的实验,他们在实验室里找到了以下器材:
A.一节待测的干电池;
B.电流表A1(满偏电流为3
mA,内阻RA1=10
Ω);
C.电流表A2(0~0.6
A,内阻RA2约为0.1
Ω);
D.滑动变阻器R1(0~20
Ω,10
A);
E.定值电阻R0(1190
Ω);
F.开关和导线若干.
某同学发现上述器材中虽然没有电压表,但提供了两块电流表,于是他设计了如图丁所示的电路,并进行实验.该同学测出几组电流表A1、A2的数据I1、I2,利用测出的数据画出I1-I2图像如图戊所示,则由图像可得被测干电池的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω.(结果均保留两位有效数字)?
5.甲同学设计了如图L2-10-7所示的电路测电源电动势E及电阻R1和R2的阻值.实验器材有:待测电源E(不计内阻),待测电阻R1,待测电阻R2,电压表V(量程为0~1.5
V,内阻很大),电阻箱R(0~99.99
Ω),单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干.
(1)先测电阻R1的阻值.请将甲同学的操作补充完整:闭合S1,将S2切换到a,调节电阻箱,读出其示数r和对应的电压表示数U1,保持电阻箱示数不变,　　　　　　　,读出电压表的示数U2,则电阻R1的表达式为　　　　　　　　　　　.?
图L2-10-7
图L2-10-8
(2)甲同学已经测得电阻R1=4.8
Ω,继续测电源电动势E和电阻R2的阻值.该同学的做法是:闭合S1,将S2切换到a,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U,由测得的数据,绘出了如图L2-10-8所示的图线,则电源电动势E=　　　　　　V,电阻R2=　　　　Ω.?
(3)利用甲同学设计的电路和测得的电阻R1,乙同学测电源电动势E和电阻R2的阻值的做法是:闭合S1,将S2切换到b,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U,由测得的数据,绘出相应的-图线,根据图线得到电源电动势E和电阻R2.这种做法与甲同学的做法比较,由于电压表测得的数据范围　　　　(选填“较大”“较小”或“相同”),所以　　　　同学的做法更恰当些.?
6.研究性学习小组的同学们用如图L2-10-9甲所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内电阻r.实验室提供的器材如下:电压表,电阻箱(阻值范围0~999.9
Ω),开关、导线若干.
图L2-10-9
(1)请根据图甲所示的电路图,在图乙中画出连线,将器材连接成实验电路.
(2)某同学开始做实验,先把电阻箱阻值调到最大,再接通开关,然后逐次改变电阻箱接入电路的阻值R,读取与R对应的电压表的示数U,并将相应的数据转化为坐标点描绘在U-图中.请将图丙、丁中电阻箱和电压表所示的数据转化为坐标点描绘在图L2-10-10所示的坐标系中(用“+”表示),并画出U-图线.
图L2-10-10
(3)根据实验数据绘出的图线可以得出该电池组电动势的测量值E=　　　　V,内阻的测量值r=　　　　Ω.(保留3位有效数字)?
(4)实验测量都存在误差,关于本实验的误差,下列说法中正确的是　　　　(填选项前的字母).?
A.由于读数所引起的误差属于偶然误差
B.利用图像法处理本实验数据可以减小系统误差
C.由于电压表内阻引起的误差属于系统误差
D.电压表的内阻越大,其引起的误差越大
10　实验:测定电池的电动势和内阻
1.(1)ABD　(2)如图所示
[解析]
(1)要使滑动变阻器起变阻的作用,则必须使接入电路的两根导线中有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,图中滑动变阻器起不到变阻的作用;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“+”“-”接线柱的接线是否正确,不然的话,极易损坏电表,图中电流表的“+”“-”接线柱的接线出现错误;干电池的电动势为1.5
V,电压表量程选用适当,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.
(2)正确的电路图如图所示.
2.(1)C　E　(2)1.5　1.0
[解析]
(2)U-I图像在纵轴上的截距表示干电池的电动势,为1.5
V,图线的斜率的绝对值表示电源内阻,r==
Ω=1.0
Ω.
3.(1)如图所示　(2)1.45　0.69
[解析]
(1)作图线时应使尽可能多的点落在直线上,个别偏离太大的点应舍去,图线如图所示.
(2)由图线与纵轴的交点可得电动势E=1.45
V,图线的斜率的绝对值表示电池的内阻,计算可得r=0.69
Ω.
4.(1)如图所示　(2)U2　　(3)1.5　0.60
[解析]
(1)根据电路图连接实物电路图,如图所示.
(2)由图乙所示可知,电源电动势为U2,电源内阻r=.
(3)由图戊所示可知,图像与纵轴的交点为I1=1.25
mA,与横轴的交点为I2=0.5
A,则电源内阻为r===
Ω=0.60
Ω,电源电动势为E=I1(RA1+r+R0)=1.25×10-3×(10+0.6+1190)
V=1.5
V.
5.(1)将S2切换到b　　(2)　1.2　(3)较小　甲
6.(1)如图甲所示　(2)如图乙所示　(3)2.93　1.30　(4)AC
[解析]
(1)根据原理图可连接对应的实物图,如图甲所示.
(2)根据描出的点用直线将各点拟合,得出图像如图乙所示.
(3)根据闭合电路欧姆定律可得U=E-r,则图像与纵轴的交点表示电源的电动势,故E=2.93
V;图像的斜率的绝对值表示内阻,故r==1.30
Ω.
(4)由读数不准确带来的误差为偶然误差,利用图像处理数据可以减小偶然误差,但不会减小系统误差,故A正确,B错误;由于电压表内阻不是无穷大,所以在电路中分流,从而带来系统误差,故C正确,若电压表内阻越大,则其分流越小,误差越小,故D错误.