专题17+实验：测定电源的电动势和内阻（精练）-2019年高考物理双基突破（二）

专题17+实验：测定电源的电动势和内阻（精练）-2019年高考物理双基突破（二）

‎1．某实验小组利用电压表和电阻箱测量电源的电动势和内阻 ‎（1）请在虚线框中画出实验的电路图。‎ ‎（2）实验的主要步骤如下：‎ ‎①检查并调节电压表指针指零，将开关S断开，按照电路图连线。‎ ‎②调节电阻箱R的阻值至________。‎ ‎③将开关S闭合，逐渐调节电阻箱的阻值使电压表指针有足够的偏转，记下此时电阻箱的阻值R和电压表的示数U。‎ ‎④改变电阻箱的阻值，测出几组U及R的数据，作出－的图线如图所示（单位为国际单位制单位）。‎ ‎（3）由作出的－图线可求得电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。（结果保留两位有效数字）‎ ‎【答案】（1）见解析（2）最大值（3）3.3 V ‎（3）由闭合电路欧姆定律E＝U＋r，得到＝·－，由图象在纵轴上截距的绝对值得内阻r＝1.0 Ω，由图象斜率可得电动势E＝3.3 V。 ‎ ‎3．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、电键S、导线。‎ ‎（1）连好电路后，当该同学闭合电键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，如下表所示。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】（1）断路（2）U轴坐标起点的选取从0开始显然不妥；建立坐标系时没有标明单位也是不妥 2.98 V，0.50 Ω（3）B ‎（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，图象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＝ Ω＝0.50 Ω。‎ ‎（3）保护电阻R0应大约为R0＝ Ω＝5 Ω，所以B选项正确。 ‎ ‎4．用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组（电动势约4.5 V，内电阻约1 Ω）的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：‎ A．电流表：量程0.6 A，内电阻约1 Ω ‎ B．电流表：量程3 A，内电阻约0.2 Ω C．电压表：量程3 V，内电阻约30 kΩ ‎ D．电压表：量程6 V，内电阻约60 kΩ E．滑动变阻器：0～1 000 Ω，额定电流0.5 A ‎ F．滑动变阻器：0～20 Ω，额定电流2 A ‎（1）为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_____，电压表应选用____，滑动变阻器应选用_____（均填仪器的字母代号）。‎ ‎（2）图为正确选择仪器后，连好的部分电路．为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将 ‎________和_______相连、________和________相连、________和_______相连（均填仪器上接线柱的字母代号）。‎ ‎（3）实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U。用图象法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线，则可以_______为纵坐标，以_______为横坐标。‎ ‎【答案】（1）A　D　F　（2）a　d　c　g　f　h　（3）　（或U　或　R）‎ ‎（2）本实验的实验电路应如图所示。‎ 为了连接成如图所示的实验电路，还需要用导线将a与d、c与g、f与h相连。‎ ‎（3）实验时，电流表不再使用，电阻箱代替滑动变阻器，实验电路图如图所示。‎ 根据闭合电路欧姆定律得U＋r＝E，整理可得三种情况：‎ a．＝·＋，以为纵坐标，为横坐标，在直角坐标系中图象为一条直线；‎ b．U＝E－r·，以U为纵坐标，为横坐标，在直角坐标系中图象为一条直线；‎ c．＝·R＋，以为纵坐标，R为横坐标，在直角坐标系中图象为一条直线。‎ ‎5．在测量一节干电池电动势E和内阻r实验中，小明设计了如图甲所示的实验电路。‎ ‎（1）根据图甲实验电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。‎ ‎（2）实验开始前，应先将滑动变阻器的滑片P移至______（选填“a”或“b”）端。‎ ‎（3）合上开关S1，S2接图甲中的1位置，改变滑动变阻器的阻值，记录下几组电压表示数和对应的电流表示数；S2改接图甲中的2位置，改变滑动变阻器阻值，再记录下几组电压表示数和对应的电流表示数。‎ 在同一坐标系内分别描点作出电压表示数U和对应的电流表示数I的图象，如图丙所示，两直线与纵轴的截距分别为UA、UB，与横轴的截距分别为IA、IB。‎ ‎①S2接1位置时，作出的U－I图线是图丙中的________（选填“A”或“B”）线；‎ ‎②S2接1位置时，测出的电池电动势E和内阻r存在系统误差，原因是________表（选填“电压”或“电流”）的示数偏_____（选填“大”或“小”）。‎ ‎【答案】（1）见解析图　（2）a　（3）①B　②电流　偏小 ‎（3）①当S2接1位置时，可把电压表与电源看做一个等效电源，根据闭合电路欧姆定律E＝U断可知，电动势和内阻的测量值均小于真实值，所以作出的U－I图线应是B线；‎ ‎②测出的电池电动势E和内阻r存在系统误差，原因是电压表的分流，结果使电流表的示数偏小。‎ ‎6．小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。‎ ‎（1）图中电流表的示数为________A。‎ ‎（2）调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：请根据表中的数据，在坐标纸上作出U－I图线（如图）。由图线求得：电动势E＝____V；内阻r＝_____Ω。‎ U（V）‎ ‎1.45‎ ‎1.36‎ ‎1.27‎ ‎1.16‎ ‎1.06‎ I（A）‎ ‎0.12‎ ‎0.20‎ ‎0.28‎ ‎0.36‎ ‎0.44‎ ‎（3）实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合。其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为_____。‎ ‎【答案】（1）0.44（2）U－I图象见解析图　1.60（1.58～1.62都算对）　1.22（1.18～1.26都算对）‎ ‎（3）干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大。‎ ‎（3）干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大。‎ ‎7．根据闭合电路欧姆定律，用图所示电路可以测定电池的电动势和内电阻。图中R0是定值电阻，通过改变R的阻值，测出R0两端的对应电压U12，对所得的实验数据进行处理，就可以实现测量目的，根据实验数据在－R坐标系中描出坐标点，如图所示。已知R0＝150 Ω，请完成以下数据分析和处理。‎ ‎（1）图中电阻为________Ω的数据点应剔除；‎ ‎（2）在坐标纸上画出－R的关系图线；‎ ‎（3）图线的斜率是________（V－1·Ω－1），由此可得电池电动势Ex＝________V。‎ ‎ 【答案】（1）80.0　（2）见解析图　（3）4.44×10－3　1.50‎ ‎（2）画出－R的关系图线如图所示。‎ ‎（3）斜率k＝ V－1·Ω－1＝4.44×10－3 V－1·Ω－1。‎ ‎8．某同学为了测量一节电池的电动势和内阻，从实验室找到以下器材：一个满偏电流为100 μA、内阻为2 500 Ω的表头，一个开关，两个电阻箱（0～999.9 Ω）和若干导线。‎ ‎（1）由于表头量程偏小，该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表，则应将表头与电阻箱_____（填“串联”或“并联”），并将该电阻箱阻值调为___Ω。‎ ‎（2）接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量，实验电路如图所示，通过改变电阻 R测相应的电流I，且作相关计算后一并记录如下表。‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ R/Ω ‎95.0‎ ‎75.0‎ ‎55.0‎ ‎45.0‎ ‎35.0‎ ‎25.0‎ I/mA ‎15.0‎ ‎18.7‎ ‎24.8‎ ‎29.5‎ ‎36.0‎ ‎48.0‎ IR/V ‎1.42‎ ‎1.40‎ ‎1.36‎ ‎1.33‎ ‎1.26‎ ‎1.20‎ ‎ ①根据表中数据，图中已描绘出四个点，请将第5、6两组数据也描绘在图中，并画出IR－I图线；‎ ‎②根据图线可得电池的电动势E是______V，内阻r是______Ω。‎ ‎【答案】（1）并联　5.0（2）①见解析图　②1.53　2.0‎ ‎（2）①作IR－I图线，如图所示。‎ ‎②根据实验电路知，IR表示电源的路端电压，I表示电路的电流，故IR－I图线的纵轴截距即为电池的电动势，则E＝1.53 V，图线斜率的绝对值减去改装后的电流表阻值即为电池的内阻，则r＝2.0 Ω。‎ ‎9．某同学用如图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。干电池的工作电流不宜超过0.5 A。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）请根据图的电路图在图中画出连线，将器材连接成实验电路。‎ ‎（2）实验时，改变电阻箱R值，记录电压表的示数U，得到若干组R、U的数据。‎ 根据实验数据绘出如图所示的－图线。由图象得出电池组的电动势E＝________V，内阻r＝______Ω。‎ ‎（3）关于这个实验中存在的误差以及减小误差的各种方法，下列说法正确的是 A．电压表的分流作用引起的误差属于偶然误差 B．该同学读电压表读数引起的误差属于系统误差 C．本实验用图象法处理数据可以减小偶然误差 D．如果将电压表的内阻计算在内就可以减小系统误差 ‎【答案】（1）见解析（2）2.86（2.85～2.87均可）　6.07（6.06～6. 08均可）　（3）CD ‎（3）电压表的分流作用引起的误差属于系统误差，选项A错误；该同学读电压表读数引起的误差属于偶然误差，选项B错误。‎ ‎10．利用如图所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：‎ 待测电源，电阻箱R（最大阻值为999.9 Ω），电阻R0（阻值为3.0 Ω），电阻R1（阻值为3.0 Ω），电流表（量程为200 mA，内阻为RA＝6.0 Ω），开关S。‎ 实验步骤如下：‎ ‎①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；‎ ‎②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；‎ ‎③以为纵坐标，R为横坐标，作－R图线（用直线拟合）；‎ ‎④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b。‎ 回答下列问题：（1）分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则与R的关系式为___。‎ ‎（2）实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R＝3.0 Ω时电流表的示数如图所示，读出数据，完成下表。‎ 答：①__________，②__________。‎ R/Ω ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎3.0‎ ‎4.0‎ ‎5.0‎ ‎6.0‎ ‎7.0‎ I/A ‎0.143‎ ‎0.125‎ ‎①‎ ‎0.100‎ ‎0.091‎ ‎0.084‎ ‎0.077‎ /A－1‎ ‎6.99‎ ‎8.00‎ ‎②‎ ‎10.0‎ ‎11.0‎ ‎11.9‎ ‎13.0‎ ‎（3）在图的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k＝______ A－1·Ω－1，截距b＝______ A－1。‎ ‎（4）根据图线求得电源电动势E＝_____ V，内阻r＝______ Ω。‎ ‎【答案】‎ ‎（1）＝＋R　（2）0.110　9.09（3）图见解析　1.0（0.96～1.04）　6.0（5.9～6.1）（4）3.0（2.7～3.3）　1.0（0.6～1.4）‎ ‎（4）根据函数关系＝＋R可得，截距＝6.0 A－1，斜率＝1.0 A－1·Ω－1，‎ 由此得E＝3.0 V，r＝1.0 Ω.结合＝R＋（1＋）可知：＝4.44×10－3所以Ex＝1.50 V。‎ ‎11．用如图所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：‎ a、电流表，量程0.6 A、3 A；‎ b、电压表，量程3 V、15 V；‎ c、定值电阻，阻值1 Ω、额定功率5 W；‎ d、定值电阻，阻值10 Ω、额定功率10 W；‎ e、滑动变阻器，阻值范围0～10 Ω、额定电流2 A；‎ f、滑动变阻器，阻值范围0～100 Ω、额定电流1 A。‎ 那么 ‎（1）要正确完成实验，电压表的量程应选择________ V，电流表的量程应选择________ A；R0应选择________ Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是______ Ω的滑动变阻器。‎ ‎（2）引起该实验系统误差的主要原因是______________________________。‎ ‎【答案】（1）3　0.6　1　0～10　（2）电压表的分流 ‎（2）由于电压表的分流作用，使电流表读数总是比干路电流小，造成E测

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