【物理】2020届一轮复习第七章实验八　测量电源的电动势和内阻作业（江苏专用） 6页

实验八　测量电源的电动势和内阻 ‎1.(2017海安中学月考)甲同学采用如图所示的电路测定电源的电动势和内电阻。提供的器材:电压表(0~3 V)、电流表(0~0.6 A)及滑动变阻器R、开关S、导线。‎ ‎(1)连好电路后,当该同学闭合开关S,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,且电路未发生短路;他用多用电表的电压挡检查电路,把两表笔分别接ab、bc和de时,示数均为0,把两表笔接cd时,示数与电压表示数相同,由此可推断故障是　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)排除故障后,该同学顺利完成实验数据的测量,如表所示。并根据数据在空白的坐标纸上作出如图所示的U-I图线,该图存在多处不妥之处,请指出。(指出两处不妥之处)‎ I/A ‎0.10‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ ‎0.40‎ ‎0.50‎ ‎0.60‎ U/V ‎2.93‎ ‎2.87‎ ‎2.85‎ ‎2.77‎ ‎2.75‎ ‎2.70‎ ① ‎　 ; ‎ ② ‎　 。 ‎ 该同学根据上表数据可测出电源的电动势E=　　　　V,内电阻r=　　　　Ω。 ‎ ‎(3)为了在实验中保护电流表和调节电阻时使电压表、电流表的示数变化均明显,乙同学对甲同学的实验进行改进,设计了如图所示的电路,电路中电阻R0应该选取下列备选电阻中的哪一个?　　　　。 ‎ ‎　　A.1 Ω B.5 Ω C.10 Ω D.20 Ω 答案　见解析 解析　(1)发现电流表示数为0,电压表示数不为0,电流表或R处断路,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,知滑动变阻器R断路。‎ ‎(2)由题图可知,图线几乎分布在一个很小的区域内,原因是电压U的取值范围在2.70~3.00 V之间,而U轴坐标起点的选取从0开始显然不妥;此外该同学建立坐标系时没有标明单位也是不妥;还有画图线时应尽量使更多的点落在直线上,不在直线上的点应尽量对称分布在直线的两侧,偏离直线太远的点应去掉,该同学作图时没有将不在直线上的点均匀分布在直线两侧也是不妥。根据闭合电路欧姆定律可知,图像与纵坐标的交点表示电源的电动势,图线的斜率的绝对值表示内阻,则可知E=2.98 V,内阻r=‎2.98-2.68‎‎0.6‎ Ω=0.50 Ω。‎ ‎(3)保护电阻R0应大约为R0=‎3‎‎0.6‎ Ω=5 Ω,所以B选项正确。‎ ‎2.在测量电源的电动势和内阻的实验中,该电源电动势约为9 V,内阻约为5 Ω。某同学设计了如图所示的实物电路。‎ ‎(1)实验时,应先将电阻箱的电阻调到　　　　。(选填“最大值”“0”或“任意值”) ‎ ‎(2)改变电阻箱的阻值R,用电压表(量程0~3 V)分别测出阻值R0=10 Ω的定值电阻两端的电压U。下列三组电阻箱R的调节范围取值方案中,比较合理的方案是　　　　。 ‎ A.30~80 Ω B.300~800 Ω C.3 000~8 000 Ω ‎　　(3)根据实验数据描点,绘出的‎1‎U-R图像是一条直线。若直线的斜率为k,在‎1‎U坐标轴上的截距为b,则该电源的电动势E=　　　　(用字母表示)。 ‎ ‎(4)用这个方法测得的内阻和真实值比较　　　　(选填“偏大”“相等”或“偏小”)。 ‎ 答案　(1)最大值　(2)A　(3)‎1‎kR‎0‎　(4)偏小 解析　(1)为保护电压表,实验前应将电阻箱的电阻调到最大值,让电流从最小值开始变化。‎ ‎(2)根据欧姆定律,电路中的最大电流为Imax=U‎0‎R‎0‎=‎3‎‎10‎ A=0.3 A,所以电路中的最大电阻可为Rmax=EImin=‎9‎‎1‎‎3‎Imax=‎9‎‎0.1‎ Ω=90 Ω,所以电阻箱的最大值应为R<90 Ω-10 Ω=80 Ω,所以合理的方案是A。‎ ‎(3)根据闭合电路欧姆定律应有:E=U+UR‎0‎(R+r),‎ 变形为‎1‎U=‎1‎ER‎0‎R+R‎0‎‎+rER‎0‎,‎ 所以k=‎1‎ER‎0‎,b=R‎0‎‎+rER‎0‎,‎ 解得E=‎1‎kR‎0‎。‎ ‎(4)由于利用欧姆定律求出的电流只是R0中的电流,由于电压表的分流作用,电流的测量值偏小,所以内阻的测量值偏小。‎ ‎3.(2018南通一模)用如图甲所示的电路测量电池的电动势和内阻,定值电阻R1=16 Ω。‎ ‎(1)闭合开关S后,电压表V1无读数,电压表V2有读数,经检查发现电路中存在断路故障,则该故障可能在　　　　(选填“ab”“bc”或“cd”)两点间。 ‎ ‎(2)排除故障后,闭合开关S,调节滑动变阻器的阻值,记录多组电压表的示数U1、U2,如表所示。请根据表中数据在图乙中作出U2-U1图像。‎ U2/V ‎5.0‎ ‎4.5‎ ‎4.0‎ ‎3.5‎ ‎3.0‎ ‎2.5‎ ‎2.0‎ U1/V ‎0.66‎ ‎1.00‎ ‎1.33‎ ‎1.88‎ ‎2.00‎ ‎2.32‎ ‎2.68‎ ‎　　(3)由图像可知,电源电动势E=　　　　V,内阻r=　　　　Ω。(结果均保留两位有效数字) ‎ ‎(4)实验中,产生系统误差的主要原因是　　　　　　　　　。 ‎ 答案　(1)cd　(2)见解析图　(3)6.0　8.0‎ ‎(4)电压表V1分流 解析　(1)电压表V1无读数,电压表V2有读数,说明V2与电源是连接的,故发生断路的是cd。‎ ‎(2)根据表中数据利用描点法可得出对应的图像如图所示。‎ ‎(3)根据电路图由闭合电路欧姆定律可知 E=U1+U2+U‎1‎R‎1‎r 变形可得U2=E-r+‎R‎1‎R‎1‎U1‎ 由图可知,图像与纵轴的截距表示电动势,故E=6.00 V;‎ 图像的斜率k=r+‎R‎1‎R‎1‎=‎6.0-2.0‎‎2.6‎=1.5‎ 解得r=8.0 Ω。‎ ‎(4)本实验中由于电压表V1分流作用而使测量电流偏小,从而出现误差。‎ ‎4.(2018苏北四市一调)测定一节干电池的电动势和内阻,电路如图甲所示,MN为一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝,定值电阻R0=1.0 Ω,调节滑片P,记录电压表示数U、电流表示数I及对应的PN长度x,绘制了U-I图像如图乙所示。‎ ‎(1)由图乙求得电池的电动势E=　　　V,内阻r=　Ω。 ‎ ‎(2)实验中由于电表内阻的影响,电动势测量值　　　　其真实值(选填“大于”“等于”或“小于”)。 ‎ ‎(3)根据实验数据可绘出UI-x图像,如图丙所示。图像斜率为k,电阻丝横截面积为S,可求得电阻丝的电阻率ρ=　　　　,电表内阻对电阻率的测量　　　　(选填“有”或“没有”)影响。 ‎ 答案　(1)1.49　0.45　(2)小于　(3)kS　没有 解析　(1)由闭合电路欧姆定律可知:U=E-I(r+R0),则可知,图乙中的图像与纵坐标间的交点表示电动势,故E=1.50 V;图像的斜率的绝对值表示内电阻,则r+R0=‎1.49-1.20‎‎0.20‎ Ω,解得r=1.45-1.0 Ω=0.45 Ω;‎ ‎(2)由图示可知,伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法,由于电压表分流作用,电流表测量值偏小,当外电路短路时,电流测量值等于真实值,电源的U-I图像如图所示,‎ 由图像可知,电动势测量值小于真实值,电源内阻测量值小于真实值。‎ ‎(3)根据欧姆定律可知,电阻R=UI=ρLS,则可知k=ρS,解得ρ=kS;若考虑电表内阻,则图像的斜率不变,所以得出的电阻率没有影响。‎ ‎5.(2018江苏六市一调)测量某电源电动势和内阻,提供如下实验器材:‎ A.待测电源(电动势约12 V、内阻约1 Ω、最大允许电流2 A)‎ B.电流表A(量程1 A)‎ C.电流表G(量程1 mA、内阻约50 Ω)‎ D.电阻箱(0~99 999.9 Ω)‎ E.滑动变阻器(0~20 kΩ)‎ F.滑动变阻器(0~1 kΩ)‎ H.滑动变阻器(0~50 Ω)‎ J.定值电阻(阻值5 Ω)‎ K.定值电阻(阻值100 Ω)‎ L.开关、导线若干 ‎(1)将电流表G改装成电压表,需要测量电流表内阻Rg,实验小组采用如图甲所示的电路,实验步骤如下:‎ ‎①连接好电路,闭合开关S1前,变阻器R1的滑片移到　　　　(选填“最左端”或“最右端”)。 ‎ ‎②闭合S1,断开S2,调节R1使电流表G满偏。‎ ‎③闭合S2,保持R1阻值不变,调节电阻箱R2的阻值,使得电流表G半偏,读出电阻箱示数R,则电流表G的内阻Rg=　　　　。 ‎ ‎　　(2)将电流表G改装成量程为15 V的电压表,已测得Rg=52.0 Ω,则与电流表G串联的电阻箱R2的取值应为　　　　Ω。 ‎ ‎(3)用图乙电路测电源电动势和内阻,滑动变阻器R3选用　　　　,定值电阻R0选用　　　　。(选填器材序号) ‎ ‎(4)根据实验测得数据作出电压表读数U与电流表A读数I间的关系图像(图像未画出),由图像读出I=0时U=12.1 V,图线斜率绝对值为5.9 V/A,则电源电动势E=　　　　V,电源内阻r=　　　　Ω。 ‎ 答案　(1)①最左端　③R　(2)14 948.0‎ ‎(3)H　J　(4)12.1　0.9‎ 解析　(1)变阻器R1的滑片移到最左端时接入电路的电阻最大,故闭合开关S1前,变阻器R1的滑片移到最左端,闭合S2,电阻箱R2与电流表G并联,当电流表G半偏时,即电流表中电流为原来的一半,则另一半电流流过电阻箱R2,电阻箱R2与电流表G中电流相同,故电阻值也相等。‎ ‎(2)将电流表G改装成量程为15 V的电压表后,表的总电阻R=UIg=‎15‎‎1×1‎‎0‎‎-3‎ Ω=1.5×104 Ω,与电流表G串联的电阻箱R2=R-Rg=14 948 Ω。‎ ‎(3)滑动变阻器的总阻值小,便于精细调节,故选H,因电流表量程为1 A,定值电阻若选100 Ω,则测量电流的大小及大小变化范围就非常小,故定值电阻应选J。‎ ‎(4)由图乙,将定值电阻等效为电源内阻,I=0时,路端电压即电动势E=U=12.1 V,图线斜率的绝对值为等效内阻的大小,则电源实际内阻为r=(5.9-5) Ω=0.9 Ω。‎