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- 2021-05-24 发布
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2020届一轮复习人教版 实验:测定电源的电动势和内阻 课时作业
时间:45分钟
1.在测定电池的电动势和内阻的实验中,待测电池、开关和导线配合下列仪器(电流表和电压表都是理想电表),不能达到实验目的的是( D )
A.一只电流表和一个电阻箱
B.一只电流表、一只电压表和一个滑动变阻器
C.一只电压表和一个电阻箱
D.一只电流表和一个滑动变阻器
解析:一只电流表和一个电阻箱读出两组电流、电阻值,可求出两组相应电阻箱上的电压,便可求E、r;一只电流表、一只电压表和一个滑动变阻器,改变滑动变阻器的阻值,读出两组电流、电压值,便可求E、r;一只电压表和一个电阻箱读出两组电压、电阻值,求出干路电流值,便可求E、r.选项A、B、C均可以达到实验目的.
2.某同学设想运用如图甲所示的实验电路,测量未知电阻Rx的阻值、电流表A的内阻和电源(内阻忽略不计)的电动势,实验过程中电流表的读数始终符合实验要求.
(1)为了测量未知电阻Rx的阻值,他在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值调至最大(选填“最大”或“最小”),然后闭合开关K1,将开关K2拨至1位置,调节R2使电流表A有明显读数I0;接着将开关K2拨至2位置.保持R2不变,调节R1,当调节R1=34.2 Ω时,电流表A读数仍为I0,则该未知电阻的阻值Rx=34.2 Ω.
(2)为了测量电流表A的内阻RA和电源(内阻忽略不计)的电动势E,他将R1的阻值调到R1=1.5 Ω,R2调到最大,将开关K2拨至2位置,闭合开关K1;然后多次调节R2,并在表格中记录下了各次R2的阻值和对应电流表A的读数I;最后根据记录的数据,他画出了如图乙所示的图象,根据你所学知识和题中所给字母写出该图象对应的函数表达式为:=+;利用图象中的数据可求得,电流表A的内阻RA=0.5 Ω,电源(内阻忽略不计)的电动势E=4 V.
解析:(1)为了保护电路,需要将电阻箱的阻值都调至最大,因为两种情况下电流表示数相同,Rx和R1等效,所以Rx=R1=34.2 Ω.
(2)根据闭合电路欧姆定律得:E=I(R1+R2+RA),解得=R2+,故R2图象的斜率为,则纵截距为,代入数据可得:=,=0.5,解得E=4 V,RA=0.5 Ω.
3.利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻,要求尽量减小实验误差.
(1)应该选择的实验电路是图1中的甲(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B;滑动变阻器应选用C.(选填相应器材前的字母)
(3)某位同学记录的6组数据如表所示,其中5组数据的对应点已经标在图2,请标出余下一组数据的对应点,并画出UI图线.
序号
1
2
3
4
5
6
电压U/V
1.45
1.40
1.30
1.25
1.20
1.10
电流I/A
0.060
0.120
0.240
0.260
0.360
0.480
答案:见解析图
(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E=1.50(1.49~1.51) V,内电阻r=0.83(0.81~0.85) Ω.
(5)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化.下列示意图中正确反映PU关系的是C.
解析:(1)干电池内阻相对一般电流表内阻而言较小,为减小电流表分压带来的系统误差,故应选甲.
(2)干电池电动势约为1.5 V,电压表选B可减小读数误差.滑动变阻器应选C,若选D,由于总阻值较大,则滑片滑动时移动范围小,不便调节.
(3)图线应为直线,作图时使尽量多的点在线上,不在线上的点应均匀分布在线的两侧,误差较大的点舍去.
(4)由U=E-Ir可得图象上的纵轴截距E=1.50 V,斜率的绝对值r≈0.83 Ω.
(5)输出功率P=UI=U=-(U-)2+,应为开口向下的抛物线,C正确.
4.手机、电脑等电器已经普及到人们的日常生活中,这些电器都要用到蓄电池.某同学利用下列器材测定一节蓄电池的电动势和内阻.蓄电池的电动势约为3 V.
A.量程是0.6 A,内阻约为0.5 Ω的电流表;
B.量程是3 V,内阻是6 kΩ的电压表;
C.量程是15 V,内阻是30 kΩ的电压表;
D.阻值为0~1 kΩ,额定电流为0.5 A的滑动变阻器;
E.阻值为0~10 Ω,额定电流为2 A的滑动变阻器;
F.定值电阻4 Ω,额定功率4 W;
G.开关S一个,导线若干.
(1)为了减小实验误差,电压表应选择B(填器材代号),图甲中的导线应连接到①(选填“①”或“②”)处,改变滑动变阻器阻值的时候,为了使电压表和电流表的读数变化比较明显,滑动变阻器应选择E(填器材代号).
(2)用(1)问中的实验电路进行测量,读出电压表和电流表的读数,画出对应的UI图线如图乙所示,由图线可得该蓄电池的电动势E=3.2 V,内阻r=1.3 Ω.(结果保留两位有效数字)
解析:(1)蓄电池的电动势约为3 V,电压表C的量程太大,选电压表B.导线接①处,与电池串联的定值电阻阻值已知,有利于准确测出电池的内阻.电流表量程为0.6 A,由R=得回路中的总电阻不能小于5 Ω,滑动变阻器D总阻值太大,操作不方便,滑动变阻器选E.
(2)由图线在纵轴上的截距可得蓄电池的电动势E=3.2 V,图线斜率的绝对值|k|≈5.3 Ω,减去与电池串联的定值电阻的阻值4 Ω,可得电池的内阻r=1.3 Ω.
5.图1中甲是利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图.图中S为开关,R为滑动变阻器,定值电阻R1和A1内阻之和为10 000 Ω(比r和滑动变阻器的总电阻都大得多),A2为理想电流表.
(1)按电路原理图在图乙虚线框内各实物图之间画出连线.
答案:见解析图
(2)在闭合开关S前,将滑动变阻器的滑动端c移动至b端(选填“a端”“中央”或“b端”).
(3)闭合开关S,移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置,读出电流表A1和A2的示数I1和I2.多次改变滑动端c的位置,得到的数据为:
I1/mA
0.120
0.125
0.130
0.135
0.140
0.145
I2/mA
480
400
320
232
140
68
在图2所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1I2图线.
答案:见解析图
(4)利用所得图线求得电源的电动势E=1.49(1.48~1.50) V,内阻r=0.60(0.55~0.65)
Ω.(均保留两位小数)
(5)该电路中电源输出的短路电流Im=2.5(2.3~2.7) A.(保留两位有效数字)
解析:(1)连线如图所示.
(2)实验前滑动变阻器接入电路电阻值应最大,故应滑到b端.
(3)如图所示.
(4)由图线上读出两组数值,代入E=I1(R1+RA)+(I1+I2)r构成方程组联立求解E和r.
解得E≈1.49 V,r≈0.60 Ω.
(5)短路电流Im=,代入数据求得Im≈2.5 A.
6.某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3 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.请将该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,将S2切换到b,读出电压表的示数U2.
C.则电阻R1的表达式为R1=.
(2)该同学已经测得电阻R1=3.2 Ω,继续测电源电动势E和电阻R2的阻值,其做法是: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=2 V,电阻R2=0.8 Ω.
解析:(1)由题知,为了多测数据,应将S2切换到b;由欧姆定律有U2=I(R0+R1),U1=IR0,联立解得R1=R0;(2)根据E=U+(R1+R2),变形得=+·,对比图象有:=0.5,得E=2 V;==2.0,R1=3.2 Ω,得R2=0.8 Ω.
7.随着全世界开始倡导低碳经济的发展,电动自行车产品已越来越受到大家的青睐,某同学为了测定某电动车电池的电动势和内电阻,设计了如图甲所示电路,提供的实验器材有:
A.电动车电池一组,电动势约为12 V,内阻未知
B.直流电流表量程300 mA,内阻很小
C.电阻箱R,阻值范围为0~999.9 Ω
D.定值电阻R0,阻值为10 Ω
E.导线和开关
(1)当他闭合开关时发现,无论怎样调节电阻箱,电流表都没有示数,反复检查后发现电路连接完好,估计是某一元件损坏,因此他拿来多用电表检查故障,他的操作如下:
①断开电源开关S,
②将多用表选择开关置于×1 Ω挡,调零后,红黑表笔分别接R0两端,读数为10 Ω,
③将多用表选择开关置于×10 Ω挡,调零后,将红黑表笔分别接电阻箱两端,发现指针读数如图乙所示,则所测阻值为70 Ω,然后又用多用电表分别对电源和开关进行检测,发现电源和开关均完好.
由以上操作可知,发生故障的元件是电流表.
(2)在更换规格相同的元件后重新连接好电路.
(3)改变电阻箱的阻值R,分别测出通过阻值为R0=10 Ω的定值电阻的电流I,下列三组关于R的取值方案中,比较合理的方案是2(选填方案编号1、2或3).
(4)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,在坐标轴上的截距为b,则该电源的电动势E=,内阻r=-R0.(用k、b和R0表示)
解析:(1)欧姆表表盘读数为“7 Ω”,倍率为“×10”,故所测阻值为70 Ω;故障检测时,除电流表其余部分均没有问题,故问题只能出在电流表处;
(3)为减小电流表的读数误差,电流表指针偏转角度应该尽量大于三分之一,即电流范围为:100 mA≤I≤300 mA,根据欧姆定律,总电阻120 Ω≥R≥40 Ω,扣除定值电阻10 Ω,即电流表内阻和电源内阻加上电阻箱电阻应该大于等于30 Ω而小于等于110 Ω,由于电流表内阻不计,故应该选方案2;
(4)根据闭合电路欧姆定律,有E=I(r+R0+R),则=R+,为对比一次函数y=kx+b,R相当于x,相当于k,相当于y,k(r+R0)相当于b;解得:E=,r=-R0.