2017年10月19日 测定电源的电动势及内阻-试题君之每日一题君2017-2018学年上学期高三物理期中复习 12页

‎10月19日 测定电源的电动势及内阻 高考频度：★★★★☆‎ 难易程度：★★★☆☆‎ 要测量一只电压表的内阻RV。提供的器材有：待测电压表V（量程0—3v，内阻约为3 kΩ）；电阻箱R0（阻值0~9 999.9 Ω）；滑动变阻器R1（阻值0~20 Ω，额定电流为1 A）；滑动变阻器R2（0~1 500 Ω，额定电流为0.5 A）；电源E（电动势为6 V，内阻为0.5 Ω）；电键S及导线若干。‎ ‎（1）如果采用图所示的电路测定电压表的内阻，并且要得到较高的精确度，那么从以上给出的器材中，滑动变阻器R应选用 。‎ ‎（2）在以下所给的实验步骤中，排出合理的顺序为： 。‎ A．合上电键S；‎ B．使滑动触头P处于最左端，R′的阻值调至最大；‎ C．保持滑动变阻器的解头位置不变，增大电阻箱的阻值，使电压表示数为满偏读数的一半，记下电阻箱的此时阻值R2′‎ D．调节电阻箱和滑动变阻器，使电压表示数满偏，记下电阻箱的此时阻值R1′；‎ ‎（3）用测得的物理量表示电压表内阻应为 ；‎ ‎（4）在上述实验中测得的电压表内阻值会比真实值 。（填“偏大”、“偏小”或“相同”）‎ ‎【参考答案】（1）R1 （2）BADC （3）R2′–2R1′ （4）偏大 ‎【试题解析】（1）电源电动势是6 V，滑动变阻器阻值0~20 Ω，额定电流为1 A，电源接在滑动变阻器两端，最大电流为0.6 A，能保证电路安全；要精确测量待测电压表内阻，方便实验操作，可以选用滑动变阻器； ‎ ‎（2）半偏法测电压表内阻，合理的实验步骤是：使滑动触头P处于最左端，R′的阻值调至最大；合上电键S；调节电阻箱和滑动变阻器，使电压表示数满偏，记下电阻箱的此时阻值；保持滑动变阻器的触头位置不变，增大电阻箱的阻值，使电压表示数为满偏读数的一半，记下电阻箱的此时阻值；‎ ‎（3）设电压表与定值电阻的串联电压为U，电压表内阻为，电压表示数满偏时，电阻箱的阻值为，电路电流①；电压表与定值电阻的串联电压不变，增大电阻箱的阻值，使电压表示数为满偏读数的一半，电压表内阻不变，由可知，电压表示数变为原来的一半，则电路电流变为原来的一半，此时②，由①②解得：；‎ ‎（4）在实验步骤C中，保持滑动变阻器的触头位置不变，增大电阻箱的阻值，电路总电阻变大，待测电压表与定值电阻的串联电压变大，当电压表半偏时电阻箱的阻值偏大，则电压表内阻测量值偏大。‎ ‎【知识补给】‎ 测定电源的电动势和内阻实验电路 电路图 闭合电路欧姆定律式 E=(I+)r+U E=I(r+RA)+U U–I图象方程 U=–I+ U=–(r+RA)I+E 系统误差产生原因 电压表分流 电流表分压 电压的测量 无系统误差 偏大 电流的测量 偏小 无系统误差 短路电流 无系统误差， 偏小， 电动势测量值 偏小， 无系统误差 内阻测量值 偏小， 偏大，r+RA 以上均为作U–I图象分析数据，纵截距作为电源电动势测量值，斜率作为内阻测量值时得到的结论。‎ 老师要求同学们测出一待测电源的电动势及内阻。所给的实验器材有：待测电源E，定值电阻R1（阻值未知），电压表V（量程为3.0 V，内阻很大,可视为理想表），电阻箱R（0~99.99 ），单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。‎ ‎（1）同学小红按照右图连接电路，然后进行了如下操作：‎ ‎①将S2接到，拨动电阻箱旋钮，使各旋钮盘的刻度处于如下图甲所示的位置，闭合S1，记录下对应的电压表示数为2.20 V，然后断开S1；‎ ‎②保持电阻箱示数不变，将S2切换到，闭合S1，记录此时电压表的读数（电压表的示数如下图乙所示），然后断开S1．‎ 请你解答下列问题：‎ 图甲所示电阻箱的读数为 Ω，图乙所示的电压表读数为 V。‎ 由此可算出定值电阻R1的阻值为 Ω（R1的计算结果保留两位小数）。‎ ‎（2）在完成上述操作后，小红继续以下的操作：‎ 将S2切换到，闭合S1，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱的示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图丙所示的–图线。‎ 由此可求得电源电动势E和电源内阻r，其中E= V，内阻r= Ω（计算结果均保留两位小数）。‎ 现有一摄像机电池，无法从标签上看清其电动势等数据。现进行如下实验操作：‎ ‎（1）选取多用电表的直流电压10 V挡，将两表笔直接接到电池的正负两极，指针偏转情况如图，由此可知其电动势约为_________V。是否可以利用多用电表的欧姆挡直接粗测其内阻，答：__________（选填“可以”或“不可以”）。‎ ‎（2）现要更加准确测量其电动势和内电阻，实验室备有下列器材：‎ A．电流表（量程0.6 A，内阻为3 Ω）‎ B．电压表（量程3 V，内阻为3 kΩ）‎ C．电压表（量程30 V，内阻为30 kΩ）‎ D．定值电阻R1=500 Ω E．定值电阻R2=5 000 Ω F．滑动变阻器（阻值范围0~30 Ω）‎ G．开关及导线 ‎ ‎①该实验中电压表应选________，定值电阻应选_________（均选填选项前的字母序号）。‎ ‎②在方框中画出实验电路图，并将实物连线图补充完整。‎ ‎③若将滑动变阻器打到某一位置，读出此时电压表读数为U，电流表读数为I，则电源电动势和内阻间的关系式为_________。‎ ‎（1）某同学测量干电池的电动势和内电阻，图是实验中得到的图U–I线，则该电池的电动势为_______，内阻为_______。‎ ‎（2）某同学测定一根金属丝的电阻率。‎ ‎①用螺旋测微器测量金属丝的直径如图所示，则该金属丝的直径为______。‎ ‎②先用多用电表粗测其电阻。将选择开关调到欧姆挡“×10”挡位并调零，测量时发现指针向右偏转角度太大，这时他应该：‎ a．将选择开关换成欧姆挡的“_______”挡位（选填“×100”或“×1”）‎ b．将红、黑表笔短接，调节________调零旋钮，使欧姆表指针指在_________处。‎ 再次测量电阻丝的阻值，其表盘及指针所指位置如图所示，则此段电阻丝的电阻为__________。‎ ‎③现要进一步精确测量其阻值，实验室提供了以下各种器材，4 V的直流电源、3 V量程的直流电压表、电键、导线等。还有电流表与滑动变阻器各两个以供选用： ‎ A．电流表A1（量程0.3 A，内阻约1 Ω）‎ B．电流表A2（量程0.6 A，内阻约0.3 Ω）‎ C．滑动变阻器R1（最大阻值为10 Ω）‎ D．滑动变阻器R2（最大阻值为50 Ω）‎ 为了尽可能提高测量准确度且要求电压调节范围尽量大。电流表应选________，滑动变阻器应选________（填器材前面的字母）。‎ 在研究性课题的研究中，某课题小组收集了手机的电池以及从废旧收音机上拆下的电阻、电容、电感线圈等电子器件。现从这些材料中选取两个待测元件来进行研究，一是电阻Rx（约为2 kΩ）二是手机中常用的锂电池（电动势E标称值为3.4 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4 V，内阻RV约为10 kΩ）‎ B．电流表A1（量程100 mA，内阻RA1约为5 Ω）‎ C．电流表A2（量程2 mA，内阻RA2约为50 Ω）‎ D．滑动变阻器R（0~40 Ω，额定电流1 A）‎ E．电阻箱R0（0~999.9 Ω）‎ F．开关S一只、导线若干 ‎（1）为了测定电阻Rx的阻值，小组的一位成员，设计了如图甲所示的电路原理图，电源用待测的锂电池，则电流表应该选用____（选填“A1”或“A2”）；他用电压表的读数除以电流表的读数作为Rx的测量值，则测量值____真实值（填“大于”或“小于”）。‎ ‎（2）小组的另一位成员，设计了如图乙所示的电路原理图来测量锂电池的电动势E和内阻r。‎ ‎①该同学闭合开关S，调整电阻箱的阻值为R1时，读出电压表的示数为U1；电阻箱的阻值为R2时，读出电压表的示数为U2，可求得该电池的电动势，其表达式为E= 。‎ ‎②为了便于分析，一般采用线性图象处理数据，可以改变电阻箱阻值，取得多组数据，画出图象为一条直线，则该图像的函数表达式为： ，由图可知该电池的电动势E= V。‎ 某同学要通过实验测量一节干电池的电动势和内阻，可供选择的器材有：电流表（0~0.6 A）、电压表（0~3 V）、滑动变阻器R1（10 Ω，2 A）、滑动变阻器R2（100 Ω，2 A）、定值电阻R0为1.5 Ω、电键S及导线若干。‎ ‎（1）为方便实验调节且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选用 （填“R1”或“R2”）。‎ ‎（2）本次实验按照如图甲所示实物连接线路图连接好后进行测量，测得数据如下表所示。‎ 次数 待测量 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ I/A ‎0.15‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ U/V ‎1.46‎ ‎1.45‎ ‎1.43‎ ‎1.42‎ ‎1.39‎ 由上表数据可看出，电压表示数变化不明显，试分析引起上述情况的原因是__________________________________________________________。‎ ‎（3）为使电压表的示数变化更明显，请将上述器材的连线略加改动，在方框中画出改动后的实验电路图。‎ ‎（4）实验中改变滑动变阻器的阻值，根据测出数据画出的U–I图线如图所示，则此干电池的内阻r =_____Ω。（保留两位小数）‎ ‎【参考答案】‎ ‎（1）20 Ω 2.80 5.45 （2）2.86 0.27‎ ‎（1）电阻箱读数为2×10 Ω=20 Ω，电压表量程选择的是3 V，所以读数为2.80 V，由于电压表内阻很大，可以看做理想电压表，说明R1两端电压为2.80 V–2.20 V=0.60 V，电流为2.2/20 A=0.11 A，所以R1电阻为0.60 V/0.11 A=5.45 Ω。‎ ‎（2）由闭合电路欧姆定律可知，由此可知图线与纵坐标的交点为1/E，所以电源电动势E=1/0.35=2.86 V，斜率表示，电源内阻为0.27 Ω。‎ ‎（1）7.1 不可以 （2）①B E ②见图 ③‎ ‎③路端电压；总电流；由闭合电路欧姆定律可得：。‎ ‎（1）1.48 V 0.8 Ω （2）①0.520 mm ②×1 （b）欧姆 右边的0刻度线上（“Ω”的0刻度线上） 12.0（12.0至12.2）Ω ③A C ‎（1）根据图U–I线，该电池的电动势为1.48 V，内阻为；‎ ‎（2）①则该金属丝的直径为0.5 mm+2×0.01 mm=0.520 mm。‎ ‎②a．选择开关调到欧姆挡“×10”档位，测量时指针向右偏转角度太大，说明选择的档位过高，这时他应该将选择开关换成欧姆挡的“×1”；‎ b．将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使欧姆表指针指在右边的零刻度线处。此段电阻丝的电阻为12.0 Ω。‎ ‎③电压表量程为3 V，则电路中的最大电流为，故电流表选A；滑动变阻器要用分压电路，故应该选择阻值较小的C；因电压表内阻远大于待测电阻阻值，故电压表内接，电路图如图；‎ 路的欧姆定律，，纵截据表示，解得E=10/3 V。‎ ‎（1） （2）新电池的内阻很小，内电路的电压降很小 （3）如图 （4）0.20‎ ‎（1）为方便实验操作，滑动变阻器的阻值不能太大，选择比较合适；‎ ‎（2）由表中实验数据可知，实验时电压表示数变化太小，这是由于电源内阻太小造成的；‎ ‎（3）为使电压表示数变化明显，可以把定值电阻与电源串联组成等效电源，这样可以增大电源内阻，使电压表示数变化明显，电路图如图所示：‎ ‎（4）从图中找出两组数据，代入公式，联立可得。‎ ‎ ‎ ‎ ‎