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《走向高考》2013高考物理总复习 7-5实验(三)测定电源电动势和内阻 实验(四)练习使用多用电表


7-5 实验(三)测定电源电动势和内阻 表 一、选择题

实验(四)练习使用多用电

1.为测定某一电池的电动势和内电阻,下面几组器材中,能完 成实验的是( )

A.一只电流表、一只电压表、一只变阻器、开关和导线 B.一只电流表、两只变阻器、开关和导线 C.一只电流表、一只电阻箱、开关和导线 D.一只电压表、一只电阻箱、开关和导线 [答案] ACD

[解析] 只有电流表和滑动变阻器是不能求出 E、r。 2.下面给出多种用伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方 法,其中既能减小偶然误差,又直观、简便的方法是( )

A.测出两组 I、U 的数据,代入方程组 E=U1+I1r 和 E=U2+ I2r,求出 E、r B.多测几组 I、U 的数据,求出几组 E、r,最后分别求出其平 均值 C.测出多组 I、U 的数据,画出 U-I 图象,再根据图象求出 E、 r D.测出多组 I、U 的数据,分别求出 I 和 U 的平均值,用电压 表测出断路时的路端电压即为电动势 E, 再用闭合电路欧姆定律求出 内电阻 r [答案] C

[解析] 测出多组 I、U 的数据,画出 U-I 图象可消除某次测量 不准造成的偶然误差,选 C。 3.(2011· 东北三校模拟)关于多用电表的使用,下列操作正确的

是________。

A.测电压时,应按图甲连接方式测量 B.测电流时,应按图乙连接方式测量 C.测电阻时,应按图丙连接方式测量 D.测二极管的正向电阻时,应按图丁连接方式测量 [答案] BD

[解析] 测电压时,红表笔应接电势高的点,黑表笔应接电势低 的点,所以 A 错,同理 B 对;测电阻时,应将电阻从电路中断开, C 错; 由于黑表笔接的是内部电源的正极, 所以测二极管的正向电阻 时,黑表笔应接二极管的正极,应按图丁连接方式测量,D 正确。 4.如图所示的电路测量电池电动势和内电阻时,若有两只电压表 V1、V2 量程相同,内阻分别为 RV1、RV2,且 RV1>RV2;两只电流表 A1、A2 量程相同,内阻分别为 RA1、RA2,且 RA1>RA2 在实验中,为 了使 E、r 的测量值更精确一些,选择的电表可以是( )

A.V1 与 A1 C.V2 与 A1 [答案] AB

B.V1 与 A2 D.V2 与 A2

[解析]

本实验的系统误差主要来源于电压表内阻对电路的影

响, 电压表内阻越大, 电流表所测电流越接近于干路中的电流的真实 值, 所测电池的内阻也越接近电池内阻的真实值, 故电压表选用内阻 大的好,而电流表内阻对本实验无影响,因为电流表内阻与 R 是串 联,不需知道 R 与 RA 的值,故电流表选用哪一个都可以。故选 A、 B。 二、非选择题 5.(2012· 长春毕业班调研一)一节电动势约为 9V,内阻约为 2Ω 的电池,允许通过的最大电流是 500mA。为了精确测定该电池的电 动势 E 和内电阻 r, 选用了总阻值为 50Ω 的滑动变阻器以及电流表 A 和电压表 V,连成了如图所示的电路。

(1)为了防止误将滑动变阻器电阻调为零而损坏器材,需要在电 路中接入一个定值电阻 R0,最适合的是( A.10Ω,5W C.20Ω,5W )

B.10Ω,0.5W D.20Ω,0.5W

(2)在其他器材不变的情况下,再取一节上述规格的电池,与原 来的电池串联组成电池组,测量这个电池组的电动势 E 和内电阻 r, 且操作无误。 ①请在方框中画出实验电路原理图。

②实验中,当电流表读数为 I1 时,电压表读数为 U1;当电流表 读数为 I2 时,电压表读数为 U2 ,则可以求出 E=________,r= ________。(用 I1,I2,U1,U2 及 R0 表示) [答案] (1)C (2)①如图所示 I1U2-U1I2 U2-U1 ② -R0 I1-I2 I1-I2

6.(2012· 浙江嘉兴高三测试)用图甲所示的电路,测定某蓄电池 的电动势和内阻,R 为电阻箱,阻值范围 0~9999Ω,R0 是定值电阻, 电压表内阻对电路的影响忽略不计。 该同学连接好电路后,闭合开关 S,改变电阻箱接入电路的电阻 值,读取电压表的示数。根据读取的多组数据,他画出了图乙所示的 图象。 (1)电路中定值电阻 R0 的作用是___________________________

__________________________________________。 (2)请根据图甲电路图,连接实物图。 1 (3)在图乙所示图象中,当U=0.10V-1 时,外电路处于________ 状态。(填“通路”“断路”或“短路”) (4)根据该图象可求得该电池的电动势 E=________V,内阻 r= ________Ω。(结果保留两位有效数字)

[答案]

(1)保护电源,防止短路(意思表述到位即可)

(2)如图所示

(3)断路

(4)10(结果在 9.5~10.5 之间均可)

5.0(结果在 4.5~5.5 之间均可)

[解析] 本题考查闭合电路欧姆定律的应用和电路分析。由题意 可知电路中定值电阻的作用是防止短路,保护电源。由图象可知,当 电压倒数为 0.1 时,对应总电阻倒数为零,即电阻无穷大,故电路为 断路。 7.(2012· 江苏单科)如图甲所示的黑箱中有三只完全相同的电学 元件,小明使用多用电表对其进行探测。

(1)在使用多用电表前,发现指针不在左边“0”刻度线处,应先调 整图乙中多用电表的________(选填“A”、“B”或“C”)。 (2)在用多用电表的直流电压挡探测黑箱 a、 接点间是否存在电 b 源时,一表笔接 a,另一表笔应________(选填“短暂”或“持续”) 接 b,同时观察指针偏转情况。 (3)在判定黑箱中无电源后,将选择开关旋至“×1”挡,调节好

多用电表,测量各接点间的阻值。测量中发现,每对接点间正反向阻 值均相等,测量记录如下表。两表笔分别接 a、b 时,多用电表的示 数如图 2 所示。 请将记录表补充完整,并画出黑箱图中一种可能的电路。 两表笔接的接点 a,b a,c b,c [答案] (1)A (2)短暂 (3)5.0 如图 多用电表的示数 ________Ω 10.0Ω 15.0Ω

[解析]

(1)根据多用电表使用调整顺序可知,先要机械调零,再

欧姆调零,故选 A; (2)要使电笔跟黑箱短暂接触,否则,若 ab 两点间电压过大容易 损坏电表; (3)多用电表选择开关旋至“×1”挡时,读数为 5.0Ω。 回路中连接了三个完全相同的电学元件, b、 时 Rbc=15Ω 最 接 c 大,接 a、b 时,Rab=5Ω 最小,可能每个元件电阻均为 5Ω,即 bc 间三个元件串联,ab 间只有一个元件,ac 间有两个电学元件串联, 如图甲所示。 若每个电学元件电阻均为 10Ω, Rbc=15Ω 最大, 则 说明 bc 间有 两个元件并联后与一个元件串联;Rab=5Ω 最小,说明 ab 间有两个

元件串联,Rac=10Ω 即说明 ac 间只有一个元件,如图乙所示。

7.(2012· 山西四校联考)我们都有这样的体验:手电筒里的两节 干电池用久了以后,灯丝发红,这就是我们常说的“电池没电了”。 有人为了“节约”,在手电筒里装一节新电池和一节旧电池搭配使 用,为了检验此人的做法是否合理,某同学设计了下面的实验:

(1)用图甲所示的电路分别测量新、旧电池的电动势和内阻,并 把测量结果描绘成图乙所示的图象。由图象可知:新电池的电动势 E1=_______V,内阻 r1=_____Ω;旧电池的电动势 E2=________V, 内阻 r2=______Ω。 (2)已知小灯泡上标有“3V,2W”, 若把新、 旧干电池各一节串联做 电源,则电源的效率 η=________。(保留两位有效数字) (3)在(2)中,新、旧电池提供的电功率分别是 ________W 和 ________W; 旧电池本身所消耗的电功率是______W; 小灯泡实际消 耗的电功率是________W。 (4)你认为新、旧电池搭配使用的做法是否合理,简述理由。

[答案] 0.42

(1)1.5

0.3

1.2

4

(2)51%

(3)0.46

0.37

0.38

(4)不合理,从上述计算可见,由于旧电池内阻太大,使得旧电 池本身消耗的电功率大于它所提供的电功率, 而小灯泡实际消耗的电 功率远小于它的额定功率。 [解析] 在电池的 U-I 图象中纵截距表示电源电动势,斜率绝 对值表示电源内阻;根据闭合电路的欧姆定律,求出电路中的电流, 用灯泡消耗的功率除以电源的总功率即电源的效率; 用电源电动势乘 以电流得电源提供的电功率, 用电流的平方乘以旧电池的内阻为旧电 池本身消耗的电功率, 用电流的平方乘以灯泡的电阻为灯泡实际消耗 的功率。 8.(2012· 福建理综)某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势 E。 ①先直接用多用电表测定该电池电动势。在操作无误的情况下, 多用电表表盘示数如图,其示数为________V。

②然后,用电压表 、电阻箱 R、定值电阻 R0、开关 S、若干导 线和该电池组成电路,测定该电池电动势。

(ⅰ)根据电路图, 用笔画线代替导线, 将实物图连接成完整电路。

(ⅱ)闭合开关 S,调整电阻箱阻值 R,读出电压表 相应示数 U。 该学习小组测出大量数据, 分析筛选出下表所示的 R、U 数据,并 计算出相应的 1/R 与 1/U 的值。请用表中数据在坐标纸上描点,并作 出 1/U-1/R 图象。 R(Ω) U(V) 1/R (×10-2Ω-1) 1/U (V-1) 166.7 8.3 0.60 0.12 71.4 5.9 1.40 0.17 50.0 4.8 2.00 0.21 33.3 4.2 3.00 0.24 25.0 3.2 4.00 0.31 20.0 2.9 5.00 0.35

(ⅲ)从图象中可求得 E=________V。

[答案] ①9.4 ②(ⅰ)连线如下图

(ⅱ)所作图象如下图

(ⅲ)9.5~11.1 [解析] (1)选择开关位于直流电压 10V 挡, 按电表中央刻度 0~

10V 刻度读数,最小刻度为 0.2V,电池的电动势为 9.4V。 (2)(ⅰ)连接电路如答案图所示。 (ⅱ)所作图象见答案图。 1 1 U (ⅲ)根据闭合电路欧姆定律有 E=U+R(R0+r),化简得U=E+ R0+r 1 1 1 1 · ,可知 U-R图象在纵轴的截距 b=E。由图象可知 b≈0.10, E R 则 E≈10V。 9.(2012· 广州测试一)用电阻箱、多用电表、开关和导线测一节 干电池的电动势和内阻。 (1)将图 a 的实物连接成可完成实验的电路;

(2)完成以下步骤的相关内容: (a)将多用电表的选择开关旋转至________挡(填“×1Ω”、 “直 流电压 2.5”或“直流电流 100mA”) (b)调节电阻箱,示数如图 b 所示,读得电阻值 R1=________Ω; (c)合上开关,从多用表上读得数值为 x1; (d)重复(b)、(c),收集多组 R 和 x 的数据; ?? (3)某同学根据自己设计的实验以及收集到的数据, 作出了如图 c 1 所示的 R-x图象,由此可知,干电池的电动势 E=________V(计算 结果保留三位有效数字);图象纵轴截距的绝对值代表________的阻 值之和。

[答案]

(1)电路连接如图所示

(2)(a)直流电压 2.5V(或直流电流 100mA) (b)12 (3)1.46(1.41~1.49 均可) 电表与干电池

[解析]

(1)当多用电表调到直流电压挡, 与电阻箱并联测电阻箱

两端电压,改变电阻箱阻值,由闭合电路的欧姆定律可得:E=U1+ U1 U2 r,E=U2+ r,联立可求电源电动势与内阻;当多用电表调到直 R1 R2 流电流挡,与电阻箱串联测通过电阻箱的电流,改变电阻箱阻值,由 闭合电路欧姆定律可得 E=I1(r+R1),E=I2(R2+r),联立可求电源 电动势与内阻。(2)(a)由(1)可知多用电表选择开关应旋转至:直流电 压 2.5V 挡或直流电流 100mA 挡;(b)电阻箱的读数为 R=1000×0Ω +100×0Ω+10×1Ω+1×2Ω=12Ω; (3)由题图 c 易知多用电表的选 择开关旋转至直流电流 100mA 挡,由闭合电路欧姆定律可得 E=I(r E +R),整理可得 R= I -r,结合图象知斜率表示电源电动势 E= 18-3.4 V=1.46V,由于多用电表存在一定的内阻,故其纵轴截距为 10 等效电源的内阻,即电表与干电池阻值之和。 10. (2012· 金丽衢十二校联考)将两个金属电极插入任何一个水果 中,就可以做成一个水果电池,但日常生活中我们很少用水果电池, 这是为什么呢?某学习小组的同学准备就此问题进行探究。

(1)通过查阅资料知道将锌、铜两电极插入苹果中,电动势有时 可达到 1V。他们找来了一个苹果做实验,用量程为 0~3V、内阻约 5kΩ 的电压表测其两极电压时读数为 0.64V。 但当他们将五个这样的 “苹果电池”串联起来给标值为“3V 0.5A”的小灯泡供电时,灯

泡并不发光。检查灯泡、线路均没有故障,出现这种现象的原因应当

是__________________。 (2)接着他们用内阻为 50Ω 的灵敏电流表直接接一个“苹果电 池”的两极,测得电流为 0.40mA,根据前面用电压表测得的 0.64V E 电压,由闭合电路欧姆定律得“苹果电池”内阻:r= I = 0.64 0.40×10-3

Ω=1.6kΩ。这个结果是否准确?如认为不准确,请说明主要理由 ________________________。 (3)最后同学们利用课本上介绍的伏安法测“苹果电池”的电动 势和内阻,电路图和实物图如图所示。

下表是测量时记录的数据。 1 电压 0.320 0.340 0.396 0.440 0.460 0.500 0.520 0.570 0.610 U/V 电流 0.460 0.400 0.322 0.270 0.238 0.204 0.180 0.132 0.100 I/mA 请你根据测量数据在给出的坐标系中描点,并作出 U 随 I 变化 的关系图象。 2 3 4 5 6 7 8 9

由图象求出电流小于 0.3mA 时该“苹果电池”的电动势为 ________V,内阻为________Ω。 [答案] (1)“苹果电池”的内阻太大 (2)不准确, 电压表内阻不

是远大于电源内阻,E 值偏小 (3)如图所示 0.72 1.07×103

[解析]

(1)原因是“苹果电池”的内阻太大,电路中电流太小,

故灯泡并不发光。 (2)这个结果不准确,原因是电压表内阻不是远大于电源内阻,E 值偏小。 (3)根据表格数据可以画出 U-I 图象;由图象知,图象与纵坐标

的交点为电源电动势 E=0.72V,图象的斜率即电源的内电阻 r= 0.72-0.40 = Ω=1.07×103Ω。 0.30×10-3

ΔU ΔI


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