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2016高考物理总复习 实验10 测定电源的电动势和内阻随堂训练(含解析)


2016 高考物理总复习 实验 10 测定电源的电动势和内阻随堂训练

1.(2015·湛江模拟)某研究性学习小组欲用电压表 V、电阻箱 R、定值电阻 R0、开关 S 和若干导线测定某电池组的电动势.

图 15 (1)在图 15 甲中, 根据图 15 乙电路图用笔画线代替导线, 将实物图连接成完整的实验电 路. (2)闭合开关 S, 调整电阻箱阻值 R, 读出电压表 V 相应示数 U.该学习小组测出大量数据, 1 1 分析筛选出如表所示的 R、U 数据,并计算相应的 与 的值.请用表中数据在图 15 丙坐标纸

R n

1 1 上描点,并作用 - 图线.

U R

R/Ω U/V I/R(×10-2Ω -1) I/U/V-1

166 7.7 0.60 0.13

71.4 5.4 1.40 0.19

50.0 4.5 2.00 0.22

33.3 3.6 3.00 0.28

25.0 2.9 4.00 0.34

20.0 2.5 5.00 0.40

(3)从图线中可求得待测电池组的电动势 E=______V (4)根据该小组设计的实验电路, 会存在系统误差, 试分析测得的电动势比实际电动势偏 ______.(填“大”或“小”) (5)若要测该电池组的内阻, 应知道定值电阻的阻值, 用多用表测量该定值电阻的表盘指 针如图 15 丁所示,欧姆挡位如图 15 戊所示,则知定值电阻的阻值是______Ω . 【答案】(1)(2)如图 (3)10 (4)小 (5)50

1

【解析】(1)根据电路图,画出的实物图. (2)根据上表所示实验数据,在坐标系中描出对应的点,然后根据坐标系中的点作直线, 1 1 作出 - 图象:

R U

(3)由闭合电路欧姆定律可得:

E U= R R+r+R0
1 1 r+R0 1 变形得: = + =

U E

E

R r+R0 E

由数学知识可知,图象中的斜率为:k= 1 截距为:b=

E

由图可知,b=0.1 1 所以 E= =10 V.

b

(4)因该接法中由于电压表的分流而导致干路电流示数偏小, 但电压表是准确的, 故图象 比真实图象要向上偏,同时,当电路短路时,电压表的分流是可以忽略的,故短路电流是准 确的,故图象与横轴的交点不变,所以电动势的测量值小于真实值.内阻小于真实值. (5)由欧姆表的读数方法可知,电阻读数为:5×10=50 Ω . 2.用如图 16 所示电路测量干电池的电动势和内阻(电动势约为 1.5 V,内阻约 0.5 Ω , 允许通过的最大电流 0.6 A).图中电压表 的量程为 2.0 V,内阻 3 000 Ω ;电流表 的量 程为 0.10 A,内阻 5.0 Ω .除被测电池、开关和导线外,还有如下器材:

2

图 16 A.滑动变阻器:阻值范围 0~10 Ω B.滑动变阻器:阻值范围 0~100 Ω C.定值电阻:阻值为 1 Ω D.定值电阻:阻值为 100 Ω (1)为了满足实验要求并保证实验的精确度,R2 应选阻值为________ Ω 的定值电阻;为 便于调节,图中 R1 应选择阻值范围是________Ω 的滑动变阻器. (2)实验中,当电流表读数为 0.10 A 时,电压表读数为 1.16 V;当电流表读数为 0.05 A 时,电压表读数为 1.28 V.则可以求出 E=________V,r=________Ω . 【答案】(1)1 0~10 (2)1.4 0.4

【解析】(1)因电流表的内阻为 5.0 Ω ,为了保护电流表,根据并联电路的特点,应并 联一个小电阻,使流过此支路的电流比较大,达到保护电流表的目的,R2 应选 1 Ω ;根据并 联电路的特点,并联电路的总电阻比任意支路的电阻都要小,为达到能明显控制电路总电阻 的变化,应选用与电压表内阻阻值相差大的滑动变阻器,选阻值范围为 0~10 Ω 的滑动变阻 器. (2)根据题意,U1=1.16 V,I1=0.10 A,U2=1.28 V,I2=0.05 A.利用闭合电路欧姆 定律得:E=U1+[ +(I1+ =0.4 Ω . 3. (2014·湛江质检)某同学为了较精确地测量某一节干电池的电动势和内阻, 实验室准 备了下列器材: A.待测干电池 E(电动势约为 1.5 V,内阻约为 1 Ω ) B.电流表 G(满偏电流 3.0 mA,内阻为 100 Ω ) C.电流表 A(量程 0~0.6 A,内阻约为 1 Ω ) D.滑动变阻器 R1(0~10 Ω ,额定电流为 2 A) E.滑动变阻器 R2(0~1 kΩ ,额定电流为 1 A) F.定值电阻 R0(阻值为 900 Ω ) G.开关一个,导线若干 (1) 为了能比较准确地进行测量,同时还要考虑操作的方便,实验中滑动变阻器应选 ________. (2)根据题意在图 17 中画出该实验所需要的电路图.
3

U1 RV

I1RA U2 I2RA )]r,E=U2+[ +(I2+ )]r,代入数据可解得 E=1.4 V,r R2 RV R2

(3)根据电路图,将实物图 18 连接起来,组成完整的电路.

图 17

图 18

(4)如图 19 所示,是某同学根据正确的实验得到的数据作出的图线,其中,纵坐标 I1 为 电流表 G 的示数,横坐标 I2 为电流表 A 的示数,由图可知,被测干电池的电动势为________ V,内电阻为________ Ω .(保留两位有效数字)

图 19 【答案】(1)D (2)如图所示

(3)如图所示

(4)1.4(1.38~1.42 均可) 0.67(0.66~0.68 均可) 【解析】(1)选择滑动变阻器阻值较小的 D,操作方便,且能比较准确地进行测量. (2)考虑到实验器材中没有电压表,而有电流表 G(满偏电流为 3.0 mA,内阻为 100 Ω ) 与定值电阻 R0(阻值为 900 Ω ),可将二者串联改装为电压表. (3)据电路图连接实物图时,注意电流表的正负极. (4)从题图中直线与纵轴的截距读出 I1′=1.4 mA,则干电池的电动势 E=I1′(R0+RG) =1.4 V;当电流表 A 的示数 I2=0.6 A 时,电流表 G 的示数为 I1=1.0 mA,则通过干电池的 电流 I=I1+I2=0.601 A,此时干电池输出电压 U=I1(R0+RG)=1.0 V,所以,干电池电阻 r =

E-U ≈0.67 Ω . I
4

4.(2013·郑州一模)在“测定电源电动势和内阻”的实验中,提供了如图甲、乙、丙所 示的三组器材. (1)请把能完成实验的器材都连成电路.

(2) 某同学根据他的实验数据作出了如图丁所示的图象,由此可知该同学选用的是 ________组器材进行实验(填“甲”“乙”或“丙”). 根据图象可得出电源的电动势 E=__________V,内阻 r=______Ω .(忽略电表内阻的影 响,结果保留两位有效数字)

【答案】(1)如图所示

(2)丙 1.4(1.3~1.5)

1.0(0.80~1.1)

1 【解析】 (2)该同学选用的是丙组器材进行实验, R=E -r, 由题图可以得到斜率为 1.4,

I

R 轴截距为-1,所以电动势 E=1.4 V,内阻 r=1 Ω .
5.(2013·长春一模)某同学用如图 20 甲所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组 的电动势 E 和内阻 r,R 为电阻箱.实验室提供的器材如下:电压表(量程 0~3 V,内阻约 3 kΩ ),电阻箱(阻值范围 0~999.9 Ω ),开关、导线若干. (1)请根据图 20 甲的电路图,在图 20 乙中画出连线,将器材连接成实验电路; (2)实验时,改变并记录电阻箱 R 的阻值,记录对应电压表的示数 U,得到如下表所示的 若干组 R、U 的数据.根据图 20 丙所示,表中第 4 组对应的电阻值读数是__________Ω ;

5

图 20 — 电阻 R/Ω 电压 U/V 1 60.5 2.58 2 35.2 2.43 3 20.0 2.22 2.00 4 5 9.9 1.78

— 电阻 R/Ω 电压 U/V

6 5.8 1.40

7 4.3 1.18

8 3.5 1.05

9 2.9 0.93

10 2.5 0.85

1 1 (3)请写出 和 的函数关系式(用题中给的字母表示)____________, 根据实验数据绘出如

U R

图丁所示的图线, 读出图线的截距为 b, 斜率为 k, 由此得出电池组的电动势 E=____________, 内电阻 r=____________.(此小题全用题中所给的字母表示) 【答案】如图所示

1 1 r (2)13.7 (3) = +

1 k

U E ER b b

6.某同学利用电压表和电阻箱测定一种特殊电池的电动势(电动势 E 在 9 V 左右,内阻

r 约为 50 Ω ).已知该电池允许输出的最大电流为 150 mA,该同学利用如图 21 所示的电路
进行实验,图中电压表的内阻约为 2 kΩ ,R 为电阻箱,阻值范围 0~9 999 Ω ,R0 是定值电 阻,起保护电路的作用.

图 21 (1)实验室备有的定值电阻 R0 有以下几种规格: A.2 Ω C.200 Ω B.20 Ω D.2 000 Ω

本实验应选________作为保护电阻.(填入相应的字母)
6

(2)在图 22 的实物图中,已正确地连接了部分电路,请完成余下电路的连接.

图 22 (3)该同学完成电路的连接后,闭合开关 S,调节电阻箱的阻值,读取电压表的示数,其 中电压表的某一次偏转如图 23 所示,其读数为________.

图 23 (4)改变电阻箱阻值,取得多组数据,作出了如图 24 所示的图线,则根据该同学所作出 的图线可求得该电池的电动势 E 为______V,内阻 r 为______Ω .(结果保留两位有效数字)

图 24 (5)用该电路测电动势与内阻, 测量值和真实值的关系 E 测________E 真, r 测________r 真. (填 “大于”“小于”或“等于”) 【答案】(1)B (2)如图所示

(3)6.5 V (4)10

50

(5)小于 小于

【解析】(1)电路中的电流最大为 150 mA,电路中的总电阻最小为 Rmin= 60 Ω ,则保护电阻的最小值为 R0=Rmin-r=10 Ω ,故应选 B.

E 9 V = = Imax 150 mA

(2)连接时要注意电压表的量程应选择 15 V 的量程,另外连线要画在接线柱上,连线尽 量不要从实验仪器上过. (3)电表的读数可以直接读出来,注意用的是 15 V 的量程.

7

(4)由题意有,U=E-

1 1 r 1 1 1 1 r,化简后得出 = + · ,由题图知 =0 时, = , R0+R U E E R0+R R0+R U E

U

r 1 1 E=10 V,图线的斜率为 ,则 r=( / )·E=50 Ω . E U R0+R
1 1 r 1 1 1 1 1 (5)依据 = + · 可知,当 →0 时, = ,而 在实验中不可能为零,故 U E E R0+R R0+R U E R0+R 实验中测得的电动势 E=U(1+ 值也偏小. 1 1 1 ·r)小于真实值. 根据 r=( / )·E 得出的内阻 r 的 R0+R U R0+R

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