2020高中物理 4.3《测量电源的电动势和内电阻》每课一练

2020高中物理 4.3《测量电源的电动势和内电阻》每课一练

‎4.3《测量电源的电动势和内电阻》每课一练 ‎ ‎1．用如图实－4－10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 图实－4－10‎ 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　　　　　　　　　B．V1与A2‎ C．V2与A1 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.‎ 答案：AB ‎2．某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为0～20 Ω，连接电路的实物图如图实－4－11所示．该学生接线中错误的和不规范的做法是 (　　)‎ 图实－4－11‎ A．滑动变阻器不起变阻作用 B．电流表接线有错 C．电压表量程选用不当 D．电压表接线不妥 解析：由图中接线可知，滑动变阻器连成定值电阻起不到变阻作用，电流表正、负极连错，电压表始终有读数，电压表量程为3 V符合实验要求，电压表接线应接到开关外侧，故A、B、D三项中不规范．‎ 答案：ABD ‎3．在测一节干电池(电动势约为1.5 V，内阻约为2 Ω)的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选用：A电压表量程为15 V，B电压表量程为3 V，A变阻器为(0～20 Ω，‎3 A)，B变阻器为(0～500 Ω，‎0.2 A)．电压表应该选____(选填“A”或“B”)，这是因为__________________；变阻器应该选____(选填“A”或“B”)，这是因为________________________________________________．‎ 解析：干电池的电动势1.5 V，而A电压表量程是电动势(1.5 V)的10倍，读数误差较大，故应选B电压表；B变阻器的电阻值太大，额定电流又过小，故应选A变阻器．‎ 答案：B　A电压表量程过大，读数误差较大 A　B变阻器额定电流过小，阻值太大 ‎4．某研究性学习小组利用图实－4－12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实－4－12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.‎ 图实－4－12‎ 解析：由E＝I(R＋r)得，R＝－r，则R－图象的斜率即为电池组电动势的大小，即E＝2.4(或2.5) V，图象纵轴截距的绝对值为电池组的内阻r＝1 Ω.‎ 答案：2.4(或2.5)　1‎ ‎5．某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一节1.5 V的干电池外，还有一个方形的电池(层叠电池)，如图实－4－13甲所示．‎ 为了测定该电池的电动势和内电阻，实验室提供了下列器材：‎ 图实－4－13‎ A．电流表G(满偏电流10 mA，内阻10 Ω)‎ B．电流表A(0～‎0.6 A～‎3 A，内阻未知)‎ C．滑动变阻器R(0～100 Ω，‎1 A)‎ D．定值电阻R0(阻值990 Ω)‎ E．开关与导线若干 ‎(1)请根据实验器材，自行设计电路画在方框乙中．‎ ‎(2)丙图为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1－I2图线(I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数)，则由图线可以得到被测电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.‎ 解析：(1)器材中给出了一个内阻已知的电流表G和一个定值电阻R0，可考虑将它们改装成一个量程为10 V的电压表，然后用伏安法测层叠电池的电动势和内阻．因电流表A的内阻未知，故需用安培表外接法，电路图见答案．‎ ‎(2)由电路结构有E＝I1(R0＋RG)＋(I1＋I2)r，由I1－I2图线知I1与I2相差两个数量级，则可认为I1＋I2≈I2，故有I1＝－I2＋.再结合I1－I2图线可得＝9.0 mA，＝1.0×10－2，有E＝9.0 V，r＝10.0 Ω.‎ 答案：(1)电路图 ‎(2)9.0　10.0‎ ‎6．现有一种特殊的电池，它的电动势E约为9 V，内阻r约为50 Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50 mA，为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图实－4－14所示的电路进行实验，图中电压表的内阻很大，对电路的影响可不考虑，R为电阻箱，阻值范围0～9999 Ω，R0是定值电阻，起保护电路的作用．‎ ‎(1)实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格：‎ A．10 Ω　2.5 W B．100 Ω　1.0 W C．200 Ω　1.0 W D．2000 Ω　5.0 W 本实验应选________．‎ ‎(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数，改变电阻箱阻值，取得多组数据，作出了如图实－4－15所示的图线(已知该直线在y轴的截距为0.1 V－1)．则根据该同学所作出的图线可求得电池的电动势E为________V，内阻r为________Ω.‎ 图实－4－14　　　　　图实－4－15　　　‎ 解析：根据电池的参数，起保护作用的定值电阻的最小值为R＝－r＝ Ω－50 Ω＝130 Ω，所以定值电阻应选C；由题中所给图线，根据闭合电路欧姆定律可知：E＝U＋r⇒＝＋·，纵截距为电动势的倒数，故电源电动势的值为10 V；电源的内电阻为图线的斜率的E倍，即＝⇒r＝46 Ω.‎ 答案：(1)C　(2)10　46±2‎ ‎7．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，实验电路如图实－4－16甲所示．‎ ‎(1)连好电路后，当该同学闭合开关时，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________．‎ ‎(2)按电路原理图甲及用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接c、d时的实物电路图乙用笔画线代替导线连接起来．‎ 图实－4－16‎ 图实－4－17‎ ‎(3)排除故障后，该同学顺利完成实验，测定下列数据，根据数据在下面坐标图中画出UI图线，由图实－4－17知：电池的电动势为 ‎________________________________________________________________________，‎ 内阻为______．‎ I/A ‎0.10‎ ‎0.17‎ ‎0.23‎ ‎0.30‎ U/V ‎1.20‎ ‎1.00‎ ‎0.80‎ ‎0.60‎ ‎(4)考虑电表本身电阻对测量结果的影响，造成本实验的系统误差的原因是：‎ ‎________________________________________________________________________.‎ ‎(5)实验所得的电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较，E测______E真，‎ r测____r真．(填“<”、“＝”或“>”)‎ 解析：(1)由两表笔接c、d时，多用电表示数与电压表示数相同知断点必在c、d两点之间，而各接线柱接触良好，则必是R发生了断路．‎ ‎(2)如图所示．‎ ‎(3)U－I图如图所示，由U＝－I(r＋R0)＋E及所测数据，可求得E和r.E＝1.5 V，r＝0.5 Ω.‎ ‎(4)因电压表不是理想电表，电流表外接造成测得电流比通过电源的电流偏小．‎ ‎(5)测得电动势实为只将电压表接在电源上时测得的电压，测得内阻实为将电压表为电源内阻并联后的总电阻，故电动势和内电阻测量值均小于真实值．‎ 答案：(1)R断路 ‎(2)见解析 ‎(3)U－I图线见解析　1.5 V　0.5 Ω ‎(4)电压表电阻分流 ‎(5)<　<‎ ‎8．两位同学在实验室中利用如图实－4－18(a)所示的电路测定定值电阻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实－4－18(b)所示的两条U－I图线．回答下列问题：‎ 图实－4－18‎ ‎(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．‎ 解析：(1)从电路连接可以看出，电流表A的读数增大时，电压表V1的读数减小，电压表V2的读数增大．甲同学是根据电压表V1和电流表A的数据绘制图象的，B错误，A正确；乙同学是根据电压表V2和电流表A的数据绘制图象的，C错误，D正确．‎ ‎(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．‎ ‎(3)从图象可以得出定值电阻R0的阻值为：R0＝U2/I＝1.0/0.5 Ω＝2.0 Ω；从甲同学的图象可以得出图象在U轴上的截距为1.50 V，即电源的电动势为1.50 V，图象斜率的绝对值为：k＝ΔU1/ΔI＝0.5/0.5＝1.0，即电源的内阻为r＝1.0 Ω.‎ ‎(4)该电路中电流表的读数为：I＝E/(R＋R0＋r)，当R最小时，电流最大，最大值为：Im＝E/(R0＋r)＝1.5/(2.0＋1.0) A＝‎0.5 A，该电路中电流表的读数不能达到‎0.6 A.‎ 答案：(1)AD　(2)BC　(3)2.0　1.50　1.0　(4)见解析