（北京專用）2020版高考物理總復習 第十章 第4講 實驗：測量電源的電動勢和內阻精練（含解析）

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1、第4講　實驗:測量電源的電動勢和內阻 A組　基礎鞏固 1.(2016北京理綜,19,6分)某興趣小組探究用不同方法測定干電池的電動勢和內阻,他們提出的實驗方案中有如下四種器材組合。為使實驗結果盡可能準確,最不可取的一組器材是(　　) A.一個安培表、一個伏特表和一個滑動變阻器 B.一個伏特表和多個定值電阻 C.一個安培表和一個電阻箱 D.兩個安培表和一個滑動變阻器 答案　D　根據U=E-Ir,要測出E和r,就要同時測出U和I,A、B、C三個選項都能滿足要求;D選項只能測出電流I,不能測出電壓U,所以選D。 2.小芳同學利用手邊的實驗器材設計了如圖所示的電路,電阻R的阻值以及電源

2、的電動勢和內阻均未知,電壓表另一端的接線位置待定。通過改變滑動變阻器接入電路的阻值獲得多組數據,并描繪出U-I關系圖像(U、I分別為電壓表和電流表的示數)。不計電表對電路的影響。下列說法正確的是(　　) A.若接a,利用該圖像可得到電阻R的阻值 B.若接b,利用該圖像可得到電阻R的阻值 C.若接a,利用該圖像可得到電源的電動勢和內阻 D.若接b,利用該圖像可得到電源的電動勢和內阻 答案　D　當接b時,U-I圖線與U軸交點的縱坐標為電源電動勢,圖線斜率的絕對值為電源內阻。當接a時,U-I圖線斜率的絕對值為電源內阻與電阻R之和,與U軸交點的縱坐標為電源電動勢。D項正確,A、B、C錯誤

3、。 3.(2018朝陽一模)利用如圖1所示的電路可以測定一節(jié)干電池的電動勢和內電阻。 (1)現有電壓表(0~3 V)、開關和導線若干,以及下列器材: A.電流表(0~0.6 A) B.電流表(0~3 A) C.滑動變阻器(0~20 Ω) D.滑動變阻器(0~100 Ω) 實驗中電流表應選用　　　　;滑動變阻器應選用　　　　。(選填相應器材前的字母)? 圖1 圖2 (2)在圖2中用筆畫線代替導線,按圖1將電路連線補充完整。 (3)實驗中,某同學記錄的6組數據如表所示,其中5組數據的對應點已經標在圖3的坐標紙上,請標出余下一組數據的對應點,并畫出U-I圖線。 序號

4、 1 2 3 4 5 6 電壓U(V) 1.35 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10 電流I(A) 0.12 0.14 0.24 0.30 0.36 0.42 圖3 (4)根據圖3可得出干電池的電動勢E=　　　　 V,內電阻r=　　　　 Ω。? (5)小明同學學習了電源的相關知識后,制作了如圖4所示的水果電池。為了測量該電池的電動勢,他從實驗室借來了靈敏電流表(內阻未知,且不可忽略)、電阻箱、開關以及若干導線,設計了如圖5所示的電路圖。你認為小明同學能否準確測出水果電池的電動勢,并說明理由。 圖4 圖5 答案　(1)A

5、　C　(2)如圖所示 (3)如圖所示 (4)1.45(1.43~1.47)　0.83(0.80~0.86) (5)可以準確測出水果電池的電動勢。 根據閉合電路歐姆定律有E=I(R+r+Rg),變形可得1I=1ER+r+RgE。 實驗中,改變電阻箱的阻值R,可讀出靈敏電流表相應的讀數I,得到多組對應R、I數據,并畫出1I-R圖像。在1I-R圖像中,圖線的斜率k=1E,所以E=1k。 解析　(1)測定一節(jié)干電池的電動勢和內阻,要求在小電流下快速測量,控制電流較小,故電流表選0~0.6 A的;干電池的內阻較小,滑動變阻器的總電阻過大調節(jié)不方便,故滑動變阻器選0~20 Ω的。 (

6、2)見答案 (3)見答案 (4)U-I圖線的縱截距表示電池的電動勢,則E=1.45 V。圖線斜率的絕對值表示內電阻,則r=|ΔU|ΔI=1.45-1.10.42 Ω=0.38 Ω。 4.(2018石景山一模)現要測量一電池的內阻r和一待測電阻的阻值Rx。已知電池的電動勢約6 V,電池內阻和待測電阻阻值都為數十歐?？蛇x用的實驗器材有: 電流表A1(量程0~30 mA); 電流表A2(量程0~100 mA); 電壓表V(量程0~6 V); 滑動變阻器R1(阻值0~5 Ω); 滑動變阻器R2(阻值0~300 Ω); 開關S一個,導線若干。 某同學的實驗過程如下: Ⅰ.設計如圖1

7、所示的電路圖,正確連接電路。 圖1 Ⅱ.將滑動變阻器R的阻值調到最大,閉合開關,逐次調小R的阻值,測出多組U和I的值,并記錄。以U為縱軸,I為橫軸,得到如圖2所示的圖線。 圖2 Ⅲ.斷開開關,將Rx改接在B、C之間,A與B直接相連,其他部分保持不變。重復步驟Ⅱ,得到另一條U-I圖線,圖線與橫軸I的交點坐標為(I0,0),與縱軸U的交點坐標為(0,U0)。 回答下列問題: (1)電流表應選用　　　　　,滑動變阻器應選用　　　　;? (2)由圖2的圖線,得電源內阻r=　　　　 Ω;? (3)用I0、U0和r表示待測電阻的關系式Rx=　　　　,代入數值可得Rx;? (4)若

8、電表為理想電表,Rx分別接在B、C之間與接在A、B之間,滑動變阻器滑片都從最大阻值位置調到某同一位置,兩種情況相比,電流表示數變化范圍　　　　,電壓表示數變化范圍　　　　。(選填“相同”或“不同”)? 答案　(1)A2　R2　(2)25　(3)U0I0-r　(4)相同　不同 解析　(1)由電池的電動勢約為6 V,電池內阻和待測電阻阻值均為數十歐,可知電流表應選A2,滑動變阻器要起限流作用,故選R2。 (2)U-I圖像的斜率絕對值等于r,由圖可得r=25 Ω。 (3)電路改接后,U-I圖線斜率的絕對值等于r+Rx,故有Rx=U0I0-r。 (4)Rx分別接在B、C之間與接在A、B之間,

9、電壓表測量的電壓是不同的,調節(jié)滑動變阻器,電壓表示數變化范圍也不同,但電流表始終與電阻是串聯關系,故電流表示數變化范圍相同。 B組　綜合提能 1.(2018豐臺一模)用圖甲所示的電路,測定一節(jié)舊干電池的電動勢和內阻。除電池、開關和導線外,可供使用的實驗器材還有: 甲 雙量程電流表:(量程0~0.6 A,0~3 A); 雙量程電壓表:(量程0~3 V,0~15 V); 滑動變阻器:R1(阻值范圍0~20 Ω,額定電流2 A) R2(阻值范圍0~1 000 Ω,額定電流1 A) (1)為了調節(jié)方便,測量精度更高,實驗中應選用電流表的量程為　　　　A,電壓表的量程為　　　　V,應

10、選用滑動變阻器　　　　(填寫滑動變阻器符號)。? (2)根據圖甲正確連接圖乙中的實物電路,注意閉合開關時滑動變阻器的滑片P應處于正確的位置并選擇正確的電表量程進行連線。 乙 (3)通過多次測量并記錄對應的電流表示數I和電壓表示數U,利用這些數據在圖丙中畫出了U-I圖線。由圖線可以得出此干電池的電動勢E=　　　 V,內阻r =　　　Ω。? 丙 (4)引起該實驗的系統誤差的主要原因是　　　。? A.電壓表的分流作用造成電流表讀數總是比電源實際輸出的電流小 B.電壓表的分流作用造成電流表讀數總是比電源實際輸出的電流大 C.電流表的分壓作用造成電壓表讀數總是比路端電壓小 D.

11、電流表的分壓作用造成電壓表讀數總是比路端電壓大 (5)根據實驗測得的I、U 數據,若令y=IU,x=I,則由計算機擬合得出的y-x 圖線應是圖丁中的　　　　(選填“a”“b”或“c”),其余兩條圖線分別是令y=IE和y=I2r得出的。根據前面測量得到的電源電動勢和內阻的值,推測圖丁中A點的x、y坐標分別為　　　　A、　　　　W(保留2位有效數字)。? 丁 答案　(1) 0~0.6　0~3　R1　 (2)如圖所示 (3)1.45　1.3　 (4)A　 (5)c　1.1　1.6 解析　(1)1節(jié)舊干電池的電動勢約1.5 V,電壓表用0~3 V量程更精確。由圖丙可知電流表通過

12、電流的最大值為0.5 A左右,選用電流表的0~0.6 A量程更精確。干電池內阻1~ 2 Ω,選R1能較好地控制電路中電流變化,而R2阻值太大,不方便控制電路。 (2)見答案 (3)由U=E-rI知U-I圖線的縱截距為E,即E=1.45 V,斜率的絕對值表示內阻,r=|ΔU|ΔI=1.45-0.800.50 Ω=1.3 Ω。 (4)電源實際輸出電流等于通過電壓表的電流加上通過電流表的電流,即電流表讀數比電源輸出電流小,因此選A。 (5)y=IU=P外=EI-I2r=Ex-rx2,即y-x圖線是開口向下的拋物線,因此選填c。若y=IE,則y=Ex,即a圖線。 b是y=I2r圖線,即y=I2

13、r=rx2,為開口向上的拋物線的一半。a、b圖線交點滿足EI=I2r,I=Er=x=1.451.3 A=1.1 A,y=EI=1.45×1.1 W=1.6 W。 2.某研究性學習小組利用伏安法測定某一電池組的電動勢和內阻,實驗原理如圖甲所示,其中,虛線框內為用靈敏電流計改裝的電流表,為標準電壓表,E為待測電池組,S為開關,R為滑動變阻器,R0是標稱值為4.0 Ω的定值電阻。 (1)已知靈敏電流計的滿偏電流Ig=100 μA、內阻rg=2.0 kΩ,若要使改裝后的電流表滿偏電流為200 mA,應并聯一只　　　　Ω(保留一位小數)的定值電阻R1;? (2)根據圖甲,用筆畫線代替導線將圖乙連接

14、成完整電路; (3)某次實驗的數據如下表所示: 測量次數 1 2 3 4 5 6 7 8 電壓表讀數U/V 5.26 5.16 5.04 4.94 4.83 4.71 4.59 4.46 改裝表讀數I/mA 20 40 60 80 100 120 140 160 　　該小組借鑒“研究勻變速直線運動”實驗中計算加速度的方法(逐差法),計算出電池組的內阻r=　　　　Ω(保留兩位小數);為減小偶然誤差,逐差法在數據處理方面體現出的主要優(yōu)點是　。? (4)該小組在前面實驗的基礎上,為探究圖甲電路中各元器件的實際阻值對測量結果的影響,用一已

15、知電動勢和內阻的標準電池組,通過上述方法多次測量后發(fā)現:電動勢的測量值與已知值幾乎相同,但內阻的測量值總是偏大。若測量過程無誤,則內阻測量值總是偏大的原因是　　　　。(填選項前的字母)? A.電壓表內阻的影響 B.滑動變阻器的最大阻值偏小 C.R1的實際阻值比計算值偏小 D.R0的實際阻值比標稱值偏大 答案　(1)1.0　 (2)如圖所示　 (3)1.66　充分利用已測得的數據　 (4)CD 解析　(1)Igrg=(I-Ig)R1,解得R1=1.0 Ω。 (2)參見答案。 (3)r'=ΔUΔI,r1'=U5-U1I5-I1,r2'=U6-U2I6-I2,r3'=U7-U3I7-I3 r4'=U8-U4I8-I4,I5-I1=I6-I2=I7-I3=I8-I4=80 mA r=r'-R0=r1'+r2'+r3'+r4'4-R0= U5+U6+U7+U8-U1-U2-U3-U44×0.08A-4 Ω=1.66 Ω (4)電壓表內阻的影響會造成E和r的測量值均偏小,滑動變阻器對測量沒有影響,R1的值偏小,表測量值偏小,r'測量值偏大,r=r'-R0,R0偏小,r偏大。 11