人教版高二物理选修3-1课时作业第二章　恒定电流 2.10实验测定电池的电动势和内阻 word版含解析答案

人教版选修3-1课时作业第二章　恒定电流实验:测定电池的电动势和内阻
一、非选择题
1.在“用DIS测电源电动势和内电阻”的实验中,某同学测得电源的路端电压U随电流I的拟合图线如图所示。则该电源的电动势为　　　　V,内阻为　　　　Ω。?
2.在“测定电源的电动势和内阻”的实验中,备有下列器材:
A.待测的干电池一节
B.电流表A1(量程0~3
mA,内阻Rg1=10
Ω)
C.电流表A2(量程0~0.6
A,内阻Rg2=0.1
Ω)
D.滑动变阻器R1(0~20
Ω,1.0
A)
E.电阻箱R0(0~999.9
Ω)
F.开关和若干导线
(1)某同学发现上述器材中没有电压表,他想利用其中的一个电流表和电阻箱改装成一块电压表,其量程为0~3
V,并设计了图甲所示的a、b两个参考实验电路(虚线框内为改装电压表的电路),其中合理的是　　　　(选填“a”或“b”)电路,此时R0的阻值应取　　　　Ω。?
(2)图乙为该同学根据合理电路所绘出的I1-I2图象(I1为电流表A1的示数,I2为电流表A2的示数),根据该图线可得被测电池的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω。?
3.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:
(ⅰ)将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大,闭合开关;
(ⅱ)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;
(ⅲ)以U为纵坐标,I为横坐标,作U-I图线(U、I都用国际单位);
(ⅳ)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。?
4.某学习小组的同学设计了如图甲所示的电路来测量定值电阻R0的阻值(约为几欧到十几欧)及电源的电动势E和内阻r。
实验器材有:待测电源,待测电阻R0,电流表A(量程为0~0.6
A,内阻不计),电阻箱R(0~99.9
Ω),开关S1和S2,导线若干。
(1)先测电阻R0的阻值。请将学习小组同学的操作补充完整;
先闭合S1和S2,调节电阻箱,读出其示数R1和对应的电流表示数I,然后　　　　　　　　,使电流表的示数仍为I,读出此时电阻箱的示数R2。则电阻R0的表达式为R0=　　　　　。?
(2)同学们通过上述操作,测得电阻R0=9.5
Ω,继续测电源的电动势E和内阻r。该小组同学的做法是:闭合S1,断开S2,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应的电流表示数I,如下表数据:
组数
1
2
3
4
5
电阻R/Ω
0
3.0
6.0
12.0
18.0
电流I/A
0.50
0.40
0.33
0.25
0.20
①根据图乙给定的坐标系并结合以上数据描点作图。
②利用图象求出该电源的电动势E=　　　　
V,内阻r=　　　　
Ω(保留两位有效数字)。?
题组二　实验电路设计和误差分析
5.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)?
6.某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中,串联了一只2.5
Ω的保护电阻R0,实验电路如图甲所示。
(1)请按图甲电路原理图把图乙实物电路利用笔画线代替导线连接起来。
(2)该同学顺利完成实验,测定下列数据,根据数据在图丙坐标图中画出U-I图象,由图知:电池的电动势为　　　　,内阻为　　　　。?
I/A
0.10
0.17
0.23
0.30
U/V
1.20
1.00
0.80
0.60
(3)考虑电表本身电阻对测量结果的影响,造成本实验系统误差的原因是　　　　　　　。?
(4)实验所得的电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较:E测　　　　E真,r测　　　　r真。(填“<”“=”或“>”)?
7.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)。
(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:
①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　　　　;?
②将开关S1闭合,开关S2断开,电压表的示数是1.49
V;
③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,计算出干电池的电动势是　　　　,内阻是　　　　。(后一空计算结果保留两位有效数字)?
8.甲同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E及电阻R1和R2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:
A.闭合S1,将S2切换到a,调节电阻箱,读出其示数R0和对应的电压表示数U1。
B.保持电阻箱示数不变,　　　　,读出电压表的示数U2。?
C.则电阻R1的表达式为R1=　　　　。?
(2)甲同学已经测得电阻R1=4.80
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,绘出了如图乙所示的-图线,则电源电动势E=　　　　V,电阻R2=　　　　Ω(保留三位有效数字)。?
9.有一特殊电池,它的电动势约为9
V,内阻约为40
Ω,已知该电池允许输出的最大电流为50
mA。为了测定这个电池的电动势和内阻,某同学利用如图甲所示电路进行实验,图中电流表的内阻RA=5
Ω,R为电阻箱,阻值范围0~999.9
Ω,R0为定值电阻,对电源起保护作用。
(1)本实验中的R0应选　　　　(填字母)。?
　　　　　　
　　　　　　
　　　　　　
A.10
Ω
B.50
Ω
C.150
Ω
D.500
Ω
(2)该同学接入符合要求的R0后,闭合开关S,调整电阻箱的阻值,读取电流表的示数,记录多组数据,作出了如图乙所示的图线,则根据图线可求得该电池的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω。?
10.在“测量电源的电动势和内阻”实验中,所给的实验器材有:
电源E(电动势约9
V)
电压表V
(量程0~3
V,内阻很大)
电阻箱R(阻值0~999.9
Ω)
定值电阻R0(阻值为10
Ω)
开关S一个,导线若干
某同学设计了如图所示的实物电路。
(1)闭合开关前,应先将电阻箱R调到　　　　。
(选填“最大值”
“最小值”或“任意值”)?
(2)改变电阻箱R的阻值,分别测出定值电阻R0两端的电压U,下列两组R的取值方案中,比较合理的方案是　　　　。(选填“甲”或“乙”)?
方案
电阻箱的阻值R/Ω
甲
400.0
350.0
300.0
250.0
200.0
乙
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
(3)根据实验数据描点,绘出的-R图象是一条直线。若直线的斜率为k,则该电源的电动势E=　　　　。
(用k和R0表示)?
11.根据“测量电源的电动势和内电阻”这个实验:
(1)在图1和图2中,R1为定值电阻且阻值未知,判断下列图中能测出电源电动势的是　　　　,能测出电源内电阻的是　　　　;(选填图的编号)?
(2)若按图2
连接电路,闭合开关S前,滑动变阻器R2的滑片应处于　　　　(填“最左端”或“最右端”),实验过程中,电阻R1起保护电路的作用。?
(3)实验电路图如图3所示,已知R1=2
Ω,以U2为纵坐标,U1为横坐标,作出相应图线,见图4,则:电源电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω。?
12.厦门某中学开展“垃圾分类我参与”活动,小米同学想测量某废旧干电池的电动势和内阻。现有如下器材:
A.一节待测干电池(电动势约1.5
V)
B.电流表A1(满偏电流15
mA,内阻r1=10
Ω,
读数记为I1)
C.电流表A2
(满偏电流60
mA,内阻r2=2.0
Ω,读数记为I2)
D.电压表V
(满偏电压15
V,内阻约3
kΩ)
E.滑动变阻器R1(0~20
Ω,2
A)
F.滑动变阻器R2(0~1
000
Ω,
1
A)
G.定值电阻R3=990
Ω
开关S和导线若干
(1)为了尽可能准确地进行测量,实验中应选用的滑动变阻器是　　　　(填写器材前面的字母编号)。?
(2)根据本题要求,将图甲的实物图连接完整。
(3)图乙为该同学根据实验数据作出的I1-I2图线,由该图线可得被测干电池的电动势E=　　　　V,
内阻r=　　　　Ω。?
(4)图丙为某小灯泡的U-I图象,如将此小灯泡接到该电池两端,其工作时的功率为　　　　W
(结果保留两位小数)。?
答案
一、非选择题
1.答案　3.0　1.0
解析　根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir可知,图线与纵轴的交点表示电动势,图线斜率的绝对值表示内阻;由图象可知,电源电动势E=3.0
V,电源内阻r===1.0
Ω。
2.答案　(1)b　990　(2)1.48(1.47~1.49之间均可)　0.84(0.82~0.87之间均可)
解析　(1)用A1测干路电流时其量程太小,只能用A2测干路电流,故实验电路选b;用A1与R0串联组装成电压表,R0=-Rgl=990
Ω。
(2)由U=E-I2r及U=I1(Rgl+R0)
可得,1
000I1=E-I2r,再结合图象可知,E=1.48
V,r=0.84
Ω。
3.答案　(1)A　C　(2)C　(3)ak　k-R2
解析　(1)电压表测量路端电压,测量中为了减小误差,通过电压表的电流越小越好,在量程一样(0~3
V)的情况下,其内阻越大越好,故电压表应选A;电路中的电流最大值大约为
A=200
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项的接法符合情形。(3)U-I图线如图所示,斜率的绝对值k=r+R2,故r=k-R2。横轴截距a=,则E=ak。
4.答案　(1)断开S2,调节电阻箱的阻值　R1-R2　(2)①见解析图
②6.0　2.5
解析　(1)器材中只有电流表而没有电压表,无法由伏安法求出电阻,故只能利用电阻箱得出待测电阻的阻值;当电路中电流相同时,电阻也应相同,因此可以控制电流相等,利用电阻箱的电阻,得出待测电阻的阻值,因此缺少的步骤应为:断开S2,调节电阻箱的阻值,使电流表的示数仍为I;而待测电阻等于两次电阻箱的示数之差,即R0=R1-R2。
(2)①描点连线如图所示。
②由闭合电路欧姆定律可知:E=I(R+R0+r)
可得:=+
结合图象可知:E=6.0
V
r=2.5
Ω。
5.答案　(1)甲　(2)B　C
解析　(1)乙电路,误差来源于电流表的分压,测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分,而电流表内阻与电源内阻很接近,故电源内阻测量误差大;甲电路,误差来源于电压表的分流,因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻,故电压表分流很小,测量引起的误差小,故选择甲电路图;(2)一节干电池的电动势约为1.5
V,因此选择量程为0~3
V的电压表,故选B;为了方便调节,需选用最大阻值较小的滑动变阻器,故选C。
6.答案　(1)见解析图甲　(2)见解析图乙　1.5
V　0.5
Ω　(3)电压表内阻分流　(4)<　<
解析　(1)对照电路图连线即可,要注意电表的正负接线柱,实物图连线如图甲所示。
(2)U-I图线是一条倾斜的直线,描点作图如图乙所示。
纵轴截距为1.5
V,所以电动势E=1.5
V,
图线斜率的绝对值|k|=
Ω=3.0
Ω
则内阻r=(3.0-2.5)
Ω=0.5
Ω。
(3)电流表所测的电流小于通过电源的电流,因为电压表内阻有分流作用。
(4)保护电阻等效到电源的内部,电压表测的电压为外电压,电流表所测的电流偏小,作出U-I的测量图线和实际图线,虚线表示实际图线,从图线可以看出,电动势和内阻的测量值均小于真实值。
7.答案　(1)如图所示　(2)①20
Ω　③闭合　(3)1.49
V　0.69
Ω
解析　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,电压表示数为电阻箱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。
因为I=,
所以r=-R0-R=
Ω≈0.69
Ω。
8.答案　(1)将S2切换到b　R0　(2)1.43　1.20
解析　(1)保持电阻箱示数不变,将S2切换到b,由于R0和R1串联,所以通过R1的电流I=,R1两端的电压为U2-U1,所以R1==R0。
(2)根据闭合电路欧姆定律可知,E=(R1+R2+R),所以=·(R1+R2)+,由此式看出,-图线的截距为=0.7
V-1,斜率k=·(R1+R2)=
A-1=4.2
A-1,由此两式得,E=1.43
V,R2=1.20
Ω。
9.答案　(1)C　(2)10　45
解析　(1)当电阻箱接入电路的阻值为零时,电路中的电流不能超过50
mA,即电路中总电阻的最小值约为180
Ω,电源内阻约为40
Ω、电流表的内阻RA=5
Ω,C选项最为合适。
(2)由U外=E-Ir得I(R0+R+RA)=E-Ir,变形得
=+。
结合题图可得E=10
V,r=45
Ω。
10.答案　(1)最大值　(2)
乙　(3)
解析　(1)电路为限流式接法,开始时应让电流最小,然后再逐渐增大,故开始时电阻箱应调到最大值;
(2)由图可知,定值电阻R0与电阻箱R串联,对比两方案可知,方案甲中电阻箱电阻较大,而R0的阻值只有10
Ω,故在调节电阻箱时,电流的变化不明确,误差较大;而方案乙中电阻箱的阻值与R0相差不大,可以测出相差较大的多组数据,故方案乙更合理;
(3)由闭合电路欧姆定律可得:
U=R0,即=++,由函数知识可知:图线的斜率k=,故E=。
11.答案　(1)1、2　1　(2)最左端　(3)2.5　0.5
解析　(1)由图1所示电路图可知,电压表测路端电压,电流表测电路电流,该电路可以求出电源电动势与内阻,由图2所示电路图可知,电流表测电路电流,电压表测滑动变阻器两端电压,由于R1阻值未知,该电路可以测出电源电动势,但不能测出电源内阻,因此能测出电源电动势的电路是图1和图2,能测电源内阻的电路是图1。
(2)开关闭合前,滑动变阻器应处于使电流表示数为最小的一端,由图2可知,滑动变阻器右半部分连入电路,故滑片应处于最左端。
(3)在图3所示电路中,电源电动势为:
E=U1+U2+r
得:U2=E-(1+)U1
由图4所示图象可知,电源电动势为:
E=2.5
V
有:1+===1.25
电源内阻为:r=(1.25-1)×2
Ω=0.5
Ω。
12.答案　(1)E　(2)见解析图　(3)1.36　5.3　(4)0.06
解析　(1)
滑动变阻器应起到明显的调节作用,并且还要易于调节,故采用限流式接法时,滑动变阻器的最大阻值约为电池内阻的10倍即可,故本题中应选E;
(2)电压表量程过大,可用已知内阻的电流表A1与电阻R3串联,这样就相当于最大测量值为:U=1.5×10-3×(10+990)V=1.5
V的电压表;电路连接如图:
　　(3)延长图线交于两坐标轴如图所示:
由闭合电路欧姆定律可得:
I1(R3+r1)=E-I2(r+r2)
变形得:I1=-I2
由数学知可得:图象中的|k|=,b=
由图可知:b=1.36;|k|==7.3×10-3
故解得:E=1.36
V,r=5.3
Ω
(4)对电源U=E-Ir=1.36-5.3I;将电源的U-I图线和灯泡的U-I图线画在同一坐标系中,如图,交点为I=0.24
A,U=0.26
V,则功率P=IU≈0.06
W。