2020届高考物理一轮复习 第7章 恒定电流 5 实验八 测量电源的电动势和内阻随堂检测巩固落实 5页

1 5 实验八 测量电源的电动势和内阻 1．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 解析：选 D．A 选项属于伏安法测定干电池的电动势和内阻的实验器材，A 项正确；由 U ＝E－U R r，B 项正确；由 E＝I(R＋r)，C 项正确；因不能读出滑动变阻器的阻值，D 项错误． 2．(2018·江苏六校联考)用下列器材组装成一个电路，既能测量出电池组的电动势 E 和内阻 r，又能同时描绘小灯泡的伏安特性曲线． A．电压表 V1(量程 0～6 V、内阻很大) B．电压表 V2(量程 0～4 V、内阻很大) C．电流表 A(量程 0～3 A、内阻很小) D．滑动变阻器 R(最大阻值 10 Ω、额定电流 4 A) E．小灯泡(2 A、5 W) F．电池组(电动势 E、内阻 r) G．开关一只，导线若干 实验时，调节滑动变阻器的阻值，多次测量后发现：若电压表 V1 的示数增大，而电压 表 V2 的示数减小． (1)请将设计的实验电路图在图甲中补充完整． (2)每一次操作后，同时记录电流表 A、电压表 V1 和电压表 V2 的示数，组成两个坐标点(I， U1)、(I，U2)，标到 U－I 坐标系中，经过多次测量，最后描绘出两条图线，如图乙所示，则 电池组的电动势 E＝________V，内阻 r＝______Ω．(结果保留两位有效数字) (3)在U－I坐标中两条图线在P点相交，此时滑动变阻器连入电路的阻值应为______Ω， 电池组的效率为________． 解析：(1)电路图如答案图所示． 2 (2)由图乙可知，电池组的电动势 E＝4．5 V，内阻 r＝1．0 Ω． (3)在 U－I 坐标中两条图线在 P 点相交，两个电压表读数相等，说明此时滑动变阻器连 入电路的阻值应为 0，U1＝U2＝2．5 V，电池组的效率为η＝U E ×100%＝2.5 4.5 ×100%＝55．56%． 答案：(1)设计的实验电路图如图 (2)4．5 1．0 (3)0 55．56% 3．(2018·扬州中学高三考试)某课题研究小组，收集了数码相机、手机等用旧了的各 种类型的电池，及从废旧收音机上拆下的电阻、电容、电感线圈．现从这些材料中选取两个 待测元件，一是电阻 R0(约为 2 kΩ)，二是手机中常用的锂电池(电动势 E 标称值为 3．7 V， 允许最大放电电流为 100 mA)．在操作台上还准备了如下实验器材： A．电压表 V(量程 0～4 V，电阻 RV 约为 4．0 kΩ) B．电流表 A1(量程 0～100 mA，电阻 RA1 约为 5 Ω) C．电流表 A2(量程 0～2 mA，电阻 RA2 约为 50 Ω) D．滑动变阻器 R1(0～20 Ω，额定电流 1 A) E．电阻箱 R2(0～999．9 Ω，最小分度值 0．1 Ω) F．开关 S 一只、导线若干 (1)为了测定电阻 R0 的阻值，小组的一位成员设计了如图所示的电路原理图并选取了相 应的器材(电源用待测的锂电池)，其设计或器材选取中有不妥之处，你认为应该怎样调整？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________． (2)在实验操作过程中，发现滑动变阻器 R1、电流表 A1 已损坏，请用余下的器材测量锂 电池的电动势 E 和内阻 r． ①请在下面的方框中画出实验电路图(标注所用器材符号)． 3 ②为了便于分析，一般采用线性图象处理数据，请写出与线性图象对应的相关物理量间 的函数关系式________． 解析：(1)电阻 R0 中最大电流约为 Im＝E R0 ＝ 3.7 2 000 A＝1．85 mA，故电流表用 A2． (2)①滑动变阻器 R1、电流表 A1 已损坏，可用余下的器材电压表 V 和电阻箱 R2 合作测量 锂电池的电动势 E 和内阻 r．电路如答图所示． ②根据闭合电路欧姆定律得 E＝U＋U R2 r，变形后得1 U ＝1 E ＋r E ·1 R2 ． 答案：(1)用 A2 替换 A1 (2)①如图所示 ②1 U ＝1 E ＋r E ·1 R2 4．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 G 改装的电流表 A，V 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 G 的满偏电流 Ig＝100 μA、内阻 rg＝2．0 kΩ，若要改装后的电流 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)某次实验的数据如表所示： 测量次数 1 2 3 4 5 6 7 8 电压表 V 读数 U/V 5．26 5．16 5．04 4．94 4．83 4．71 4．59 4．46 改装表 A 读数 I/mA 20 40 60 80 100 120 140 160 4 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 解析：(1)由电流表的改装知识可知． R1＝ Igrg Im－Ig ＝ 100×10－6×2.0×103 200×10－3－100×10－6 Ω≈1．0 Ω． (2)如图所示． (3)根据闭合电路欧姆定律结合逐差法可知 r1＝U1－U5 I5－I1 －R0，r2＝U2－U6 I6－I2 －R0， r3＝U3－U7 I7－I3 －R0，r4＝U4－U8 I8－I4 －R0． 故 r＝r1＋r2＋r3＋r4 4 ＝(U1＋U2＋U3＋U4)－(U5＋U6＋U7＋U8) 4×80×10－3 －R0≈1．66 Ω． 逐差法在计算中体现的主要优点是：充分利用已测得的数据． (4)根据题意可知，内阻的测量值为 r 测＝ΔU ΔI －R0，因此，电压表的内阻、滑动变阻器 的阻值对测量结果无影响．若 R1 的实际值比计算值偏小，则改装后的电流表示数偏小，导 致内阻测量值偏大．根据内阻测量值的表达式可知，R0 的实际值比标称值偏大，也会导致内 5 阻测量值偏大．故选 C、D． 答案：(1)1．0 (2)见解析图(其他正确连接同样可以) (3)1．66 充分利用已测得的数据 (4)CD