实验九+测定电源的电动势和内阻（押题专练）-2018年高考物理一轮复习精品资料 16页

实验九+测定电源的电动势和内阻 ‎1．用如图1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：‎ 图1‎ ‎(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)电压表的分流 ‎2．某研究性学习小组采用如图2所示的电路测量某干电池的电动势E和内阻r，R 为电阻箱，V为理想电压表，其量程略大于电池的电动势．实验中通过多次改变电阻箱 的阻值R，从电压表上读出相应的示数U，该小组同学发现U与R不成线性关系，于是求出了相应的电阻与电压的倒数如下表所示.‎ 图2‎ 序号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ (Ω－1)‎ ‎0.1‎ ‎0.4‎ ‎0.5‎ ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎2.5‎ ‎5.0‎ (V－1)‎ ‎0.36‎ ‎0.44‎ ‎0.43‎ ‎0.60‎ ‎0.87‎ ‎1.00‎ ‎1.58‎ 回答下列问题：‎ (1) 根据表中的数据和实验原理，你认为第______(填序号)组数据是错误的，原因是 ‎___________________________________________________________‎ ‎_________________________________________________________________.‎ ‎(2)根据实验数据，请在图3所给的坐标系中绘出关系图线．‎ 图3‎ ‎(3)由图线可知，该干电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________ Ω.(结果保留两位有效数字)‎ 答案　(1)3　随着电阻的减小路端电压应逐渐减小 ‎(2)见解析图　(3)2.9　0.71‎ ‎3．某个实验小组认为用一只已知内阻的电流表和电阻箱，采用如图4甲所示的电路测电源电动势与内阻，比常规的伏安法更准确．若电流表内阻阻值为RA，则测量的方法与步骤是：‎ 图4‎ ‎(1)将电阻箱阻值R调到最大，闭合S后观察电流表示数，然后再调节电阻箱，使电流表的示数指到某两个恰当的值，记下此时电阻箱的阻值R1、R2及对应的电流I1、I2；‎ ‎(2)根据以上的数据及闭合电路欧姆定律，建立方程组，即可求出电源的电动势E与内阻r.该方程组的表达式是：________、________.该实验小组现在手头只有一个电流表，只知其内阻很小，却不知具体阻值．为了测出该电流表的内阻，她们找来了如图乙所示两节干电池等实验器材．请你用笔画线将图中的实物连接成能测出电流表内阻的电路．注意滑动变阻器串联接入电路起限流作用，开关闭合前其阻值应 ‎________________________________________．‎ 解析　根据题图示电路，利用闭合电路欧姆定律可得：E＝I1(R1＋RA＋r)、E＝I2(R2＋RA＋r)；两节干电池的电动势大约为3 V，电流表应选0.6 A量程，在连接电路时，本着先串后并的原则进行．‎ 答案　E＝I1(R1＋RA＋r)　E＝I2(R2＋RA＋r)‎ 连线如图　调至最大 ‎4．某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5 Ω的保护电阻R0，实验电路如图5所示．‎ ‎(1)连好电路后，当该同学闭合电键时，发现电流表示数为0，电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未发生短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a、b，b、c，d、e时，示数均为0，把两表笔接c、d时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是________．‎ 图5‎ ‎(2)在图9中按电路原理图及用多用电表的电压挡检查电路时，把两表笔分别接c、d时的实物电路图(如图9所示)以笔画线代替导线连接起来．6‎ 图6‎ ‎(3)排除故障后，该同学顺利完成实验，测定得到下列数据，根据表中数据在图7中的坐标上画出UI图线，由图线知：电池的电动势为________，内阻为________．‎ 图7‎ 解析　(1)用电压表检测c、d时，电压表有示数，说明有电流通过电压表，但没有电流通过多用电表所并联的电路，说明多用电表所并联的电路发生断路故障．由已知条件可知，是滑动变阻器R发生故障．(3)电源的伏安特性曲线为直线，使直线通过尽量多的数据点，其他点均匀分布在线的两侧．由U＝E－I(r＋R0)可知，纵轴截距表示电动势，则E＝1.50 V，斜率绝对值表示r＋R0，则：r＋R0＝ Ω＝3.0 Ω，则r＝0.5 Ω.‎ 答案　(1)R断路　(2)如图甲所示 ‎(3)如图乙所示　1.50 V(1.41～1.51 V均可)‎ ‎0．5 Ω(0.5～0.7 Ω均可)‎ ‎5．用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻，提供的器材如图7－5－14甲所示．‎ 图7－5－14‎ ‎(1)用实线代表导线把图甲中的实物连线接成测量电路．(两节干电池串联作为电源，图中有部分线路已连好)‎ ‎(2)图乙中的6个点表示实验测得的6组电流I、电压U的值，按照这些实验值作出U－I图线，由此图线求得的每节电池电动势E＝______V，每节电池的内阻r＝______Ω.(取3位有效数字)‎ 解析：(1)测量电路的实物连接图如图甲所示 ‎(2)按照实验值作出的U－I图线如图乙所示．从图象可以得出，图线在U轴上的截距为2.96 V，则每节电池的电动势为：E＝×2.96 V＝1.48 V．图线斜率的绝对值为：k＝≈0.727，即电源的内阻为：r电＝0.727 Ω，每节电池的内阻为：r＝r电＝0.364 Ω.‎ 答案：(1)见解析图　(2)U－I图线见解析　1.48　0.364‎ ‎6．某研究性学习小组利用图7－5－15甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r.根据实验数据绘出如图乙所示的R－图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到：E＝______V，r＝______Ω.‎ 图7－5－15‎ 答案：2.4(或2.5)　1‎ ‎7．在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图7－5－16所示的实物电路．‎ 图7－5－16‎ ‎(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到______．(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)‎ ‎(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R0＝10 Ω的定值电阻两端的电压U.下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是______．(选填“1”或“2”)‎ 方案编号 电阻箱的阻值R/Ω ‎1‎ ‎400.0‎ ‎350.0‎ ‎300.0‎ ‎250.0‎ ‎200.0‎ ‎2‎ ‎80.0‎ ‎70.0‎ ‎60.0‎ ‎50.0‎ ‎40.0‎ ‎(3)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＝______.(用k、b和R0表示)‎ 答案：(1)最大值　(2)2　(3)　－R0‎ ‎8．某同学对钮扣锂电池的特性进行了实验探究．该类电池的内阻约为1 kΩ～5 kΩ，电动势标称值为3 V．现有以下实验器材：‎ A．电压表V1：量程3 V，内阻约20 kΩ B．电压表V2：量程6 V，内阻约10 kΩ C．定值电阻1 kΩ D．定值电阻20 kΩ E．滑动变阻器一只(0～50 kΩ)，待测钮扣锂电池，电键，导线若干．‎ 图7－5－17‎ ‎(1)实验原理见图7－5－17甲，请选择合适的实验器材，在图中的小虚线框里标出所选取的器材编号．‎ ‎(2)该同学测量出路端电压U和干路电流I，作出U－I曲线见图乙，可知电池的短路电流是____mA，电动势是____V，内阻为____kΩ.‎ ‎(3)当路端电压为1.5 V时，负载消耗的电功率为____mW.‎ 答案：(1)如图所示 ‎(2)2.64(2.60～2.65均可)‎ ‎2．94(2.90～2.95均可)‎ ‎1．11(1.08～1.15均可)‎ ‎(3)1.94(1.90～1.95均可)‎ ‎9．为了测量两节串联干电池的电动势，某同学设计了如图甲所示的实验电路，其中E是待测电池组，内阻不能忽略；V1、V2是两只量程合适的相同的电表，内阻不是很大，且未知；S1、S2是单刀单掷开关；导线若干．‎ ‎(1)请根据电路图甲，在图乙中将器材连成实物图．‎ ‎(2)实验需要测量的物理量是________．‎ ‎(3)用测出的物理量，导出串联电池组电动势的表达式是________．‎ ‎10．用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻提供的器材如图(a)所示．‎ ‎(1)用实线代表导线把图(a)中的实物连接成测量电路．(两节干电池串联作为电源，图中有部分线路已连好)‎ ‎(2)图(b)中的6个点表示实验测得的6组电流I、电压U的值，按照这些实验值作出UI图线，由此图线求得的每节电池电动势E＝________ V，每节电池的内阻r＝________ Ω.(取3位有效数字)‎ 解析：(1)测量电路的实物连接图如图甲所示．‎ ‎(2)按照实验值作出的UI图线如图乙所示．从图象可以得出，图线在U轴上的截距为2.96 V，则每节电池的电动势为：E＝×2.96 V＝1.48 V．图线斜率的绝对值为：k＝ ‎≈0.727，即电源的内阻为：r电＝0.727 Ω，每节电池的内阻为：r＝r电＝0.364 Ω.‎ 答案：(1)见解析图　(2)UI图线见解析　1.48　0.364‎ ‎11．用电流传感器和电压传感器可测干电池的电动势和内电阻. 改变电路的外电阻，通过电压传感器和电流传感器测量不同工作状态的路端电压和电流，输入计算机，自动生成UI图线，由图线得出电动势和内电阻．‎ ‎(1)记录数据后，打开“坐标绘图”界面，设x轴为“I”，y轴为“U”，点击直接拟合，就可以画出UI图象，得实验结果如图甲所示．根据图线显示，拟合直线方程为：________，测得干电池的电动势为________ V，干电池的内电阻为________ Ω.‎ ‎ (2)现有一小灯泡，其UI特性曲线如图乙所示，若将此小灯泡接在上述干电池两端，小灯泡的实际功率是多少？(简要写出求解过程；若需作图，可直接画在方格图中)．‎ 答案：(1)U＝－2I＋1.5　1.5　2　(2)见解析 ‎12．为测量一电源的电动势及内阻 ‎①在下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V的电压表 A．量程为1 V、内阻大约为1 kΩ的电压表 B．量程为2 V、内阻大约为2 kΩ的电压表 C．量程为3 V、内阻为3 kΩ的电压表 选择电压表________串联________ kΩ的电阻可以改装成量程为9 V的电压表．‎ ‎②利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号 或与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表)，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图．‎ ‎③根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50 V时，电阻箱的阻值为15.0 Ω；电压表示数为2.00 V时，电阻箱的阻值为40.0 Ω，则电源的电动势4E＝________V、内阻r＝________Ω.‎ 答案：① 或C　6‎ ‎②如图所示　③7.5　10‎ ‎13．两位同学在实验室中利用如图(a)所示的电路测定值电阻R0、电源的电动势E和内电阻r，调节滑动变阻器的滑动触头P 向某一方向移动时，一个同学记录的是电流表A和电压表V1的测量数据，另一位同学记录的是电流表A和电压表V2的测量数据．并根据数据描绘了如图(b)所示的两条UI图线．回答下列问题：‎ ‎(1)根据甲、乙两同学描绘的图线，可知(　　)‎ A．甲同学是根据电压表V1和电流表A的数据 B．甲同学是根据电压表V2和电流表A的数据 C．乙同学是根据电压表V1和电流表A的数据 D．乙同学是根据电压表V2和电流表A的数据 ‎(2)图象中两直线的交点表示的物理意义是(　　)‎ A．滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端 B．电源的输出功率最大 C．定值电阻R0上消耗的功率为0.5 W D．电源的效率达到最大值 ‎(3)根据图(b)，可以求出定值电阻R0＝________Ω，电源电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.‎ ‎(4)该电路中电流表的读数能否达到0.6 A，试说明理由．‎ ‎(2)图象中两直线的交点表示电压表V1的读数与电压表V2的读数相等，即滑动变阻器的阻值为0，滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端，A错误；从图象可以得出电阻R0的阻值大于电源的内阻，滑动变阻器的阻值减小，电源的输出功率增大，两直线的交点对应滑动变阻器的阻值为0，即电源的输出功率最大，B正确；定值电阻R0消耗的功率为：P＝U2I＝1.0×0.5 W＝0.5 W，C正确；电源的效率为：η＝UI/EI＝U/E，U越大，效率越大，D错误．‎ ‎(4)该电路中的电流为：I＝，当R最小时，电流最大，最大值为：Im＝＝A＝0.5 A，故该电路中电流表的读数不能达到0.6 A. ‎ 答案：(1)AD　(2)B、C　(3)2.0　1.50　1.0　(4)见解析 ‎14．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)．‎ ‎(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______________________________．‎ 解析：(1)由于电源是一节干电池(约1.5 V)，所以选量程为3 V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般为几欧，加上保护电阻，最大电流也在1.0 A以下，小于量程3 A的，所以选量程为0.6 A的电流表；由于电池内阻较小，保护电阻不宜太大，选1 Ω的即可，否则会使电流表、电压表读数范围较小，造成较大的误差；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就能很好地控制电路中的电流和电压，因此取0～10 Ω 范围．(2)由于电压表的分流作用，使电流表读数总是比干路电流小，造成E测