2020学年高中物理第二章恒定电流专题第10节 实验：测定电池的电动势和内阻 19页

第10节 实验：测定电池的电动势和内阻 ‎ ‎1．在“测定电源电动势和内阻”的实验中，为使实验效果明显且不损坏仪器，应选择下列哪种电源较好 A．内阻较大的普通干电池 B．内阻较小的普通蓄电池 C．小型交流发电机 D．小型直流发电机 ‎【答案】A ‎【解析】为了使电路中路端电压变化比较明显，应使用内阻较大的干电池，故A正确。‎ ‎2．（2020·河南豫南九校高二期末联考）两位同学在实验室利用如图1所示的电路测定定值电阻R0，电源的电动势E和内阻r，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一个同学记录了 图1 图2‎ A．滑动变阻器的滑动头P滑到了最右端 B．电源的输出功率最大 C．定值电阻R上消耗的功率为0.5 W D．电源的效率达到最大值 ‎【答案】BC C正确；电源的效率，由此可知电流越小功率越大，可见滑动变阻器的滑动头P滑到最右端时效率最大，故D错误。‎ ‎3．（2020·北京市第十二中）某同学做“用电流表和电压表测定电源的电动势和内阻”实验，可供选择的实验器材如下：‎ A．1节干电池 B．电流表，量程0~‎0.6 A，0~‎‎3 A C．电压表，量程0~3 V，0~15 V D．滑动变阻器0~20 Ω、‎2 A，滑动变阻器0~500 Ω、‎‎0.2 A E．电键一个，导线若干 ‎（1）为了尽量得到较好效果，电流表量程应选__________，电压表量程选__________，滑动变阻器选_ ___________。‎ ‎（2）他采用如图所示的实验电路进行测量。下图给出了做实验所需要的各种仪器。请你按电路图把它们连成实验电路。‎ ‎（3）这位同学测量时记录了5组数据，并将数据填入了以下表格中。请你根据这些数据在图画出U–I图线。根据图线求出电池的电动势E =__________V，内阻__________Ω。‎ ‎【答案】（1）0~‎0.6 A 0~3 V 0~20 Ω （2）见解析 （3）见解析 1.48（1.45~1.49） 0.5（0.47~0.52）‎ ‎（3）根据描点法可知U–I图象如图所示 纵截距表示电源电动势，故，图象的斜率表示电源内阻，故 ‎4．用如图所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：‎ ‎（a）电流表（量程‎0.6 A、‎3 A）‎ ‎（b）电压表（量程3 V、15 V）‎ ‎（c）定值电阻（阻值1 Ω、额定功率5 W）‎ ‎（d）定值电阻（阻值10 Ω、额定功率10 W）‎ ‎（e）滑动变阻器（阻值范围0~10 Ω、额定电流‎2 A）‎ ‎（f）滑动变阻器（阻值范围0~100 Ω、额定电流‎1 A）‎ 那么 ‎（1）要正确完成实验，电压表的量程应选择____V，电流表的量程应选择________A；R0应选择________Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是________Ω的滑动变阻器。‎ ‎（2）引起该实验系统误差的主要原因是_____________。‎ ‎【答案】（1）3 0.6 1 0~10 （2）电压表分流 ‎5．（2020·辽宁省六校协作体高二联考）利用电压表和电阻箱可以测量电池的电动势和内电阻，某同学找到了如下的器材：电池组（电动势约为6.0 V，内阻约为1 Ω），灵敏电流计G（满偏电流Ig=100 μA，内阻Rg=100Ω），定值电阻R1=1 Ω，R2=59.9 kΩ ，变阻箱R3（阻值范围0–9.9 Ω可调），开关、导线若干。该同学发现还需要一个合适的电压表，于是把上述G表改装成电压表。‎ ‎（1）将G表改装成量程为6 V的电压表，需将G表与_____（选填R1、R2或R3）串联。‎ ‎（2‎ ‎）为了准确地测量出电池组的电动势和内电阻，请在虚线框中把实验电路图补充完整，并在对应的电阻旁边标上（R1、R2或R3），如果为变阻箱，请补充完整其符号。‎ ‎（3）某次测量，电压表示数如图乙，其读数为 _______ V。‎ ‎（4）经过多次测量，得出图丙所示的图象，由图可求得该电池组的电动势为_______V，内阻为_______Ω（结果保留两位有效数字）。‎ ‎【答案】（1）R2 （2） （3）4.4 V （4）5.0 1.5‎ ‎（3）电压表示数为4.4 V；‎ ‎（4）根据测电源电动势和内阻的原理：，整理得：，‎ 由图象可知，，，解得：，，所以。‎ ‎6．为了测量由两节干电池组成的电池组的电动势和内电阻，某同学设计了如图甲所示的实验电路，其中R为电阻箱，R0=5 Ω为保护电阻。‎ ‎（1）按照图甲所示的电路图，某同学已经在图乙所示电路中完成部分导线的连接，请你完成余下导线的连接。‎ ‎（2）断开开关S，调整电阻箱的阻值，再闭合开关S，读取并记录电压表的示数及电阻箱接入电路中的阻值。多次重复上述操作，可得到多组电压值U及电阻值R，并以为纵坐标，以为横坐标，画出–的关系图线（该图线为一直线），如图所示。由图线可求得电池组的电动势E=______V，内阻r=_____Ω。（保留两位有效数字）‎ ‎（3）引起该实验系统误差的主要原因是 。‎ ‎【答案】（1）‎ ‎（2）2.9 1.2 （3）电压表的分流 ‎【解析】（1）电路图如下：‎ ‎（2）由闭合电路欧姆定律知：化简得：结合图象知：，联立解得：E=2.9 V，r=1.2 Ω；‎ ‎（3）引起该实验系统误差的主要原因是电压表的分流。‎ ‎【名师点睛】电源的电动势和内阻测量方法一般为伏安法，另外还有以下几种方法：‎ ‎（1）安阻法：用一个电流表和电阻箱测量，电路如图甲所示，测量原理为：E=I1（R1+r），E=I2（R2+r），由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大。‎ ‎（4）双伏法：用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示。测量方法为：断开S，测得V1、V2的示数分别为U1、U2，此时，E=U1+U2+r，RV为V1‎ 的内阻；再闭合S，V1的示数为U1′，此时E=U1′+r，解方程组可求得E和r。‎ ‎7．（2020·重庆市高三下学期高考模拟）为了测量一直流电源的电动势和内电阻，某同学设计实验电路如图（a），所用的实验器材有：待测电源，电流表（满偏电流‎0.6 A、内阻未知），两个电阻箱（最大阻值999.9 Ω），两个开关和若干导线。实验步骤如下：‎ ‎①将电阻箱R1阻值调到最大，闭合开关S1，调节R1的阻值使得电流表满偏；‎ ‎②再闭合开关S2，调节R2的阻值使得电流表半偏，此时电阻箱R2的示数如图（b）；‎ ‎③保持S1闭合，断开S2，多次调节电阻箱R1，记下电流表示数I和电阻箱相应的阻值R；‎ ‎④以为纵坐标，R为横坐标，作图线（用直线拟合），如图（c）。‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）在步骤②中若认为干路电流不变，由此可得电流表的内阻为______Ω；‎ ‎（2）根据图线求得电源电动势E=______V，内电阻r=_____Ω；（结果保留两位有效数字）‎ ‎（3）由于电流表的内阻测量存在系统误差（步骤②中干路电流实际发生了变化），导致电源电动势的测量值与真实值相比，E测______，E真，内电阻的测量值与真实值相比，r测______r真。（以上两空均选填“>”、“<”或“=”）‎ ‎【答案】（1）1.9 Ω （2）34 V 15 Ω （3）= >‎ ‎8．为测定电源的电动势和定值电阻Rx的阻值，实验室提供了如下器材：‎ A．电源（电动势约为9 V，内阻不计）‎ B．电压表（视为理想电压表，量程0~3 V）‎ C．电阻箱R（0~999.9 Ω）‎ D．定值电阻R0=10 Ω E．被测电阻Rx F．开关、导线若干 ‎（1）用欧姆表（×1 Ω）测定定值电阻Rx，欧姆表的指针如图所示，则Rx=________Ω；‎ ‎（2）为达到测定的目的，某同学设计了如图所示两种电路，并选择图______（填“甲”或“乙”），应用所测得的数据，绘出–R图象是一条直线，测得直线的斜率k=，纵坐标的截距为b=（如图示）。则电源的电动势E=________，电阻Rx=________。‎ ‎【答案】（1）3 （2）乙 9.0 2.0‎ ‎【名师点睛】本题考查测量电动势和内电阻的实验，要注意明确实验原理，知道本实验中采用电压表与定值电阻并联的方式来求解电流，然后再根据闭合电路欧姆定律分析求解即可。‎ ‎9．某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1=1.0 kΩ，电阻R1=9.0 kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0=3.0 Ω的电阻。‎ ‎（1）按图示电路进行连接后，发现、和三条导线中，混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的，将电建S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、间电压，读数不为零，再测量、间电压，若读数不为零，则一定是________导线断开；若读数为零，则一定是___________导线断开。‎ ‎（2‎ ‎）排除故障后，该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如右图。由I1–I2图象得到电池的电动势E=_________V，内阻r=__________Ω。‎ ‎【答案】（1） （2）1.41（1.36~1.44均可） 0.5（0.4~0.6均可）‎ ‎【名师点睛】由图象法处理实验数据的关键是要理解图线的物理意义——纵轴截距和斜率表示什么，闭合电路的欧姆定律是核心。‎ ‎10．（2020·河北省衡水中学高三二十模考试）（1）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，实验原理如图所示，其中，虚线框内为用灵电流计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，是标称值为的定值电阻。‎ ‎①已知灵敏电流计G的满偏电流、内阻 ‎，若要改装后的电流表满偏电流为，应并联一只___（保留2位有效数字）的定值电阻。‎ ‎②某次实验的数据如表所示：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____（保留3位有效数字）‎ ‎③该小组在前面实验的基础上，为探究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．的实际阻值比计算值偏小 D．的实际阻值比标称值偏大 ‎（2）某同学测量一个额定电压为3 V，额定电流约为的小灯泡的伏安特性曲线，选用下列实验器材进行实验，电路图如下图所示：‎ A．电源E：电动势为，内阻不计；‎ B．电压表V：量程为，内阻约为 C．电流表A：量程为，内阻约为；‎ D．滑动变阻器器：最大阻值为，数额定电流为；‎ E．滑动变阻器器：最大阻值为，额定电流为：‎ F．开关S，导线若干；‎ 若滑动变阻器a端与滑片P之间的电阻为Rx，滑动变阻器的最大阻值为，若在该实验中分别接入滑动变阻器R1，R2调整小灯泡两端的电压U，则在额定电压范围内，U随变化的图象可能正确的是_________。‎ ‎【答案】（1）①1.0 ②1.66 ③CD （2）B ‎③如果考虑电压表的内阻，则虚线部分相当于电源，测得的电阻相当于电源E的内阻与R0串联后再与电压内阻并联的阻值，即测得的电阻值偏小，故A错误；滑动变阻器的阻值不会影响r的测量结果，故B错误；电表改装时，R1的实际阻值比计算值偏小，可导致通过表头的电流偏小，电流表读数偏小，故内阻测量值总量偏大，故C正确；结合电路图，由闭合电路欧姆定律E=U+I（R0+r）知，R0的实际阻值比称标值偏大，可导致内阻测量值总量偏大，故D正确。‎ ‎（2）设变阻器的全电阻为R，变阻器左端电阻为R1‎ ‎，根据欧姆定律可求出变阻器的输出电压应为，设变阻器两接线柱距离为L，则单位长度的电阻为，所以：，由于R并