2020新教材高中物理第十二章电能能量守恒定律3闭合电路的欧姆定律课堂检测含解析 人教版必修第三册 10页

闭合电路的欧姆定律 ‎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。安培表测电流,伏特表测路端电压,滑动变阻器改变电路的阻值从而获得多组数据,故A可取;伏特表测路端电压,电流可由路端电压和定值电阻求得,通过改变接入定值电阻的个数改变电路的电阻,故B可取;安培表测电流,再由电流和电阻箱可得路端电压,通过改变电阻箱阻值改变电路的电阻,故C可取;两个安培表和一个滑动变阻器,不管怎么组合,都不能测出路端电压,故不能测出电动势和内阻,故D最不可取。‎ ‎【补偿训练】‎ ‎(多选)用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中,下列说法正确的是(　　)‎ A.应选用旧的干电池作为被测电源,以使电压表读数变化明显 B.应选用内阻较小的电压表和电流表 C.移动滑动变阻器的滑片时,不能使滑动变阻器短路造成电流表过载 D.使滑动变阻器阻值尽量大一些,测量误差才会小 ‎【解析】选A、C。由U=E-Ir可知,应选用旧的干电池作为被测电源,以使电压表读数变化明显,故A正确;实验所用电池内阻很小,相对于电源来说应采用电流表外接法,电流表外接法的误差来源是电压表的分流,电压表内阻越大,实验误差越小,应选择内阻大的电压表进行实验,故B错误;移动滑动变阻器的滑片时,不能使滑动变阻器短路造成电流表过载,防止损坏电流表,故C正确;如果电源电动势较小,实验时滑动变阻器阻值不宜太大,滑动变阻器阻值太大,电路电流太小,电流表读数误差较大甚至不能读数,并且调节电流时非常困难,故D错误;故选A、C。‎ ‎2.(多选)用图像法计算电动势和内阻时,先要描点,就是在U-I坐标系中描出与每组I、U值对应的点,以下说法正确的是(　　)‎ A.这些点应当准确地分布在一条直线上,即U-I图线应通过每个点 B.这些点应当基本在一条直线上,由于偶然误差不能避免,所以U-I图线不可能通过每一个点 C.画U-I图线应当使它通过尽可能多的描出的点 - 10 -‎ D.不在U-I图线上的点应大致均衡地分布在图线的两侧,个别偏离直线太远的点,应当舍去 ‎【解析】选B、C、D。描点作图法需要注意的问题:由于偶然误差不能避免,所以U-I图线不可能通过每一个点,但应当使它通过尽可能多的描出的点,不在U-I图线上的点应大致均衡地分布在图线的两侧,个别偏离直线太远的点,应当舍去。所以B、C、D正确,A错误。‎ ‎3.(多选)用如图1所示的电路来测量电池电动势和内电阻,根据测得的数据作出了如图2所示的U-I图线,由图可知 (　　)‎ A.电池电动势的测量值为1.4 V B.电池内阻的测量值为3.5 Ω C.外电路发生短路时的电流为0.4 A D.电压表的示数为1.20 V时,电流表的示数I′=0.20 A ‎【解题指南】解答本题应注意的以下两点 ‎(1)由图像的纵坐标可知电源的电动势,由闭合电路欧姆定律可得出内电阻,进而求出路端电压为1.20 V时的电流。‎ ‎(2)要明确图像的意义,同时注意纵坐标不是从零开始的,不能想当然地将横坐标的截距当作短路电流。‎ ‎【解析】选A、D。由图示图像可知,电源U-I图像与纵轴交点坐标值为1.40,则电源的电动势测量值为E=1.40 V,故A正确;电源的内阻大小等于图像斜率的绝对值,为r== Ω=1 Ω,故B错误;外电路发生短路时的电流为I短==‎ ‎ A=1.4 A,故C错误;当电压表示数为1.2 V时,电流表的示数I′==‎ ‎ A=0.2 A,故D正确。故选A、D。‎ ‎4.小明测定干电池的电动势和内阻,实验室有如下实验器材:‎ 干电池一节 (电动势约为1.5 V)‎ 量程为3.0 V的电压表V1‎ 量程为15 V的电压表V2‎ - 10 -‎ 量程为0.6 A的电流表A1‎ 量程为3.0 A的电流表A2‎ 最大阻值为20 Ω的滑动变阻器R1‎ 最大阻值为100 Ω的滑动变阻器R2‎ 开关一个,导线若干。‎ 根据所学的知识回答下列问题:‎ ‎(1)为了减小实验误差,电压表应选择　　　,电流表应选择　　　　,滑动变阻器应选择　　　。(选填器材对应的字母) ‎ ‎(2)将所选的实验器材在图中用笔画线代替导线连接。‎ ‎(3)连接好电路后,通过调节滑动变阻器得到多组实验数据,将所得数据描点在坐标系中,并将这些点连起来如图所示。由图可知该电池的电动势大小为 ‎　　　　V,测量值比真实值　　　　(选填“偏大”“偏小”或“相等”),内阻大小为　　　Ω,测量值比真实值　　　(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。(结果均保留3位有效数字) ‎ ‎【解析】(1)一节干电池电动势约为1.5 V,则为了减小实验误差,电压表应选择V1,电流表应选择A1,滑动变阻器应选择R1。‎ ‎(2)电路连线如图所示:‎ - 10 -‎ ‎(3)由图示电源U-I图像可知,图像与纵轴交点坐标值为1.50,电源电动势E=1.50 V,电源内阻:r== Ω=0.800 Ω,相对于电源来说,电流表采用外接法,由于电压表的分流作用使得电流表的测量值小于通过电源的电流,电动势和内阻的测量值均小于真实值。‎ 答案:(1)V1　A1　R1　(2)见解析 ‎(3)1.50　偏小　0.800　偏小 ‎【总结提升】实物图连接的技巧:实物图连接是一类考查学生实验技能和操作能力较为有效的题型,连线前一定要画出实验电路图,然后按图连线,且必须注意以下四点:‎ ‎(1)连线不能交叉;‎ ‎(2)必须把线接在接线柱上;‎ ‎(3)电流应从电表正接线柱流入,从负接线柱流出;‎ ‎(4)变阻器应处在有效控制状态。‎ ‎(5)连实物图时,应先串后并,先连控制电路后连测量电路。‎ ‎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　　　　;(均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如图的坐标纸上,请标出余下一组数据的对应点,并画出U-I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 - 10 -‎ 电流I/A ‎0.060‎ ‎0.120‎ ‎0.240‎ ‎0.260‎ ‎0.360‎ ‎0.480‎ ‎(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E=　　　V,内阻r=　　　　Ω。 ‎ ‎【解析】(1)干电池的内阻较小,电压表的分流作用可以忽略,可以用滑动变阻器中的电流来代替干路中的电流,所以选甲图电路。(注意:两种实验电路都存在系统误差,题图甲实际测量的电阻是电源内阻与电压表的并联电阻,而图乙测量的电阻是电池内阻与电流表内阻之和)‎ ‎(2)由于一节干电池的电压为1.5 V,所以选择0～3 V量程的电压表;电流表量程是0.6 A,需要总电阻最小2 Ω多,故滑动变阻器选C。‎ ‎(3)如图所示:‎ ‎(4)纵截距为电动势1.5 V,则电源电动势E=1.5 V,斜率的绝对值为内阻 r== Ω=0.83 Ω。‎ 答案:(1)甲　(2)B　C　(3)见解析图 ‎(4)1.50(1.49～1.51)　0.83(0.81～0.85)　‎ ‎6.用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6 V,电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有:‎ 电流表A1(量程0～30 mA);‎ 电流表A2(量程0～100 mA);‎ 电压表V (量程0～6 V);‎ 滑动变阻器R1(阻值0～5 Ω);‎ - 10 -‎ 滑动变阻器R2(阻值0～300 Ω);‎ 开关S一个,导线若干条;‎ 某同学的实验过程如下:‎ Ⅰ.设计如图所示的电路图,正确连接电路。‎ Ⅱ.将R的阻值调到最大,闭合开关,逐次调小R的阻值,测出多组U和I的值,并记录。以U为纵轴,I为横轴,得到如图所示的图线。‎ Ⅲ.断开开关,将Rx改接在B、C之间,A与B直接相连,其他部分保持不变。重复Ⅱ的步骤,得到另一条U-I图线,图线与横轴I的交点坐标为(I0,0),与纵轴U的交点坐标为(0,U0)。‎ 回答下列问题:‎ ‎①电流表应选用　　　　,滑动变阻器应选用　　　　。 ‎ ‎②由图线得,电源内阻r=　　　　Ω。 ‎ ‎③用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx=　　　　,代入数值可得Rx。 ‎ ‎④若电表为理想电表,Rx接在B、C之间与接在A、B之间,滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置,两种情况相比,电流表示数变化范围　　　　,电压表示数变化范围　　　　。(均选填“相同”或“不同”) ‎ ‎【解析】①由题U-I图线可知电流表量程应为0～100 mA,故选A2。路端电压大于5.5 V,而电源电动势E=6 V,故R外≫r,则滑动变阻器选R2。‎ ‎②由题图得:r==25 Ω。‎ - 10 -‎ ‎③Rx+r=,Rx=-r。‎ ‎④电流I=,r+Rx一定,R从300 Ω变到某同一阻值,电流表示数变化范围相同。Rx接A、B间时,U=(R+Rx),Rx接B、C间时,U′=R,故两种情况下电压表示数变化不同。‎ 答案:①A2　R2　②25　③-r　④相同　不同 ‎7.在测定电源电动势和内阻的实验中,实验室提供了合适的实验器材。‎ ‎(1)甲同学按电路图a进行测量实验,其中R0=1 Ω,则 ‎①请用笔画线代替导线在图b中完成电路的连接;‎ ‎②由电压表的读数U和电流表的读数I,画出U-I图线如图c所示,可得电源的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω。(结果均保留两位有效数字) ‎ ‎(2)乙同学将测量电路连接成如图d所示,其他操作正确,由电压表的读数U和电流表的读数I,画出U-I图线如图e所示,可得电源的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω。(结果均保留两位有效数字) ‎ - 10 -‎ ‎【解析】(1)①根据原理图可得出对应的实物图,如图所示;‎ ‎②在画出的U-I图像中,纵轴的截距表示电源电动势,斜率的绝对值表示内阻与定值电阻R0的和,根据题图c可得:E=3.00 V,r+R0=||= Ω=1.38 Ω,且R0=1 Ω,则r=0.38 Ω;‎ ‎(2)由乙同学的电路接法可知,R左右两部分并联后与R0串联,则可知,在滑片移动过程中,滑动变阻器接入电路中的电阻先增大后减小,则路端电压先增大后减小,所以出现题图e所示的图像,则由图像可知,当电压为2.40 V时,电流为 ‎0.50 A,此时滑动变阻器两部分电阻相等,则总电流为I1=1 A;而当电压为2.30 V时,电流分别对应0.33 A和0.87 A,则说明当电压为2.30 V时,干路电流为I2=0.33 A+0.87 A=1.2 A;则根据闭合电路欧姆定律可得:2.40 V=E-1 A×r,‎ ‎2.30 V=E-1.20 A×r,解得:E=2.9 V,r=0.50 Ω。‎ 答案:(1)①见解析　②3.0　0.38　(2)2.9　0.50‎ ‎【补偿训练】‎ 在实验室测量两个直流电源的电动势和内阻。电源甲的电动势大约为4.5 V,内阻大约为1.5 Ω;电源乙的电动势大约为1.5 V,内阻大约为1 Ω。由于实验室条件有限,除了导线、开关外,实验室还能提供如下器材:‎ ‎ A.量程为0～3 V的电压表V ‎ B.量程为0～0.6 A的电流表A1‎ ‎ C.量程为0～3 A的电流表A2‎ ‎ D.阻值为4.0 Ω的定值电阻R1‎ ‎ E.阻值为100 Ω的定值电阻R2‎ ‎ F.最大阻值为10 Ω的滑动变阻器R3‎ - 10 -‎ G.最大阻值为100 Ω的滑动变阻器R4‎ ‎(1)选择电压表、电流表、定值电阻、滑动变阻器等器材,采用图甲所示电路测量电源甲的电动势和内阻。‎ ‎①定值电阻应该选择　　　　(选填“D”或“E”);电流表应该选择　　　　(选填“B”或“C”);滑动变阻器应该选择　　　　(选填“F”或“G”)。‎ ‎②分别以电流表的示数I和电压表的示数U为横坐标和纵坐标,计算机拟合得到如图乙所示U-I图像,U和I的单位分别为V和A,拟合公式为U=-5.6I+4.4。‎ 则电源甲的电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω。(均保留两位有效数字)‎ ‎③在测量电源甲的电动势和内阻的实验中,产生系统误差的主要原因是　　　　。‎ ‎ A.电压表的分流作用 ‎ B.电压表的分压作用 ‎ C.电流表的分压作用 ‎ D.电流表的分流作用 ‎ E.定值电阻的分压作用 ‎(2)为了简便快捷地测量电源乙的电动势和内阻,选择电压表、定值电阻等器材,采用图丙所示电路。　‎ ‎①定值电阻应该选择　　　　(选填“D”或“E”)。‎ - 10 -‎ ‎②实验中,首先将K1断开,K2闭合,电压表示数为1.48 V。然后将K1、K2均闭合,电压表示数为1.23 V,则电源乙电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω。(小数点后保留两位小数)‎ ‎【解析】(1)①首先根据电流的范围可以确定定值电阻必须选4.0 Ω的D(假设选100 Ω的,电流太小无法测量);然后相应的滑动变阻器也可以确定选10 Ω的F,便于测量;然后根据电流的范围可以确定电流表应该选择0.6 A的B(3 A量程太大)。 ‎ ‎②由表达式U=-5.6I+4.4及U=E-I(r+R1)可知,电源电动势为E=4.4 V,内阻为r=5.6 Ω-4 Ω=1.6 Ω。‎ ‎③由电路图可知,电压表的分流作用会造成实验误差,故选A。‎ ‎(2)①用图丙所示电路测电动势与内阻,定值电阻适当小一点,实验误差小,因此定值电阻应选D。‎ ‎②由电路图可知,K1断开,K2闭合,电压表示数为电源电动势,电压表示数为 ‎1.48 V,即电源乙电动势为E=1.48 V;K1、K2均闭合,电压表示数为1.23 V,电压表测路端电压,此时电路电流为I== A=0.307 5 A,电源内阻为r= ‎≈0.81 Ω。‎ 答案:(1)①D　B　F　②4.4　1.6　③A ‎(2)①D　②1.48　0.81‎ - 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