【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇测定电池的电动势和内阻（解析版）

【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇测定电池的电动势和内阻（解析版）

测定电池的电动势和内阻 ‎1、在“测定干电池的电动势和内阻”实验中:‎ ‎(1)开关闭合前,图甲中滑动变阻器的滑片应置于最_________端(填“左”或“右”)。‎ ‎(2)闭合开关后,缓慢移动滑动变阻器的滑片至某一位置时,电压表指针如图乙所示,电压表的示数为__________V。‎ ‎(3)王海同学分别用新旧两节干电池做了上述的实验,根据实验采集到的数据在坐标系中作出了两条图线如图丙所示,其中图线_________(填“a”或“b”)所代表的电池内阻较大,由此可推测表示新电池的图线是_________(填“a”或“b”)。‎ ‎2、在测量电源电动势的实验中,实验室提供的器材如下:待测电源E,电压表(量程大于待测电源的电动势),标有长度且电阻约15Ω的均匀电阻丝,开关S,一端连有鳄鱼夹P的导线1,导线若干。‎ ‎ 1.实验中,用导线1、2、3、4、5和6按图1所示连接电路,电路中所有元件都完好,闭合开关之前,鳄鱼夹P应置于__________(选填“a”或“b”)端。 2.闭合开关后,反复改变鳄鱼夹P的位置,电压表都有较大的示数且不变,则断路的导线为__________(填数字代号)。‎ ‎3.排除故障后,闭合开关,改变鳄鱼夹P的位置,读出多组电压表读数U和对应a、P间的电阻丝长度L,由测得的数据,绘出了如图2所示的图线,则电源电动势__________V(计算结果保留三位有效数字)。应用该实验中的数据__________(选填“能”或“不能”)测出该电源的内阻r。‎ ‎3、为测定某旧干电池的电动势和内阻,实验室提供了如下器材:‎ A.旧干电池一节 B.电压表(视为理想电压表,量程0~3V)‎ C.电阻箱尺(0~999.9Ω)‎ D.定值电阻 E.多用电表 F.开关、导线若干 ‎(1)甲同学直接使用多用电表的直流2.5V挡测量该电池的电动势,示数如图中所示,则该同学测得的电动势_________V,此测量值比旧干电池电动势的真实值_________(填“偏大”或“偏小”),其原因是____________________________________。‎ ‎(2)乙同学将干电池接入如图乙所示的电路,规范操作得到如图丙所示的图像。图像的斜率为k,在纵轴上的截距为b,则该干电池的电动势_________,内阻___________(用表示)。‎ ‎4、小明同学想要设计一个既能测量电源电动势和内阻，又能测量定值电阻阻值的电路。他用了以下的实验器材中的一部分，设计出了图(a)的电路图。‎ a．电流表A1(量程0.6A，内阻很小)；电流表A2(量程300μA，内阻rA＝1000Ω)‎ b．滑动变阻器R(0－20Ω)‎ c，两个定值电阻R1＝1000Ω，R2＝9000Ω d．待测电阻Rx e．待测电源E(电动势约为3V，内阻约为2Ω)‎ f．开关和导线若干 ‎1.根据实验要求，与电流表A2串联的定值电阻为___________。(填“R1”或“R2”)‎ ‎2.小明先用该电路测量电源电动势和内阻，将滑动变阻器滑片移至最右端，闭合开关S1，调节滑动变阻器，分别记录电流表A1、A2的读数I1、I2，得I1与I2的关系如图(b)所示。根据图线可得电源电动势E＝___________V，电源内阻r＝___________Ω。(计算结果均保留两位有效数字)‎ ‎3.小明再用该电路测量定值电阻Rx的阻值，进行了以下操作：‎ ‎①闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器到适当阻值，记录此时电流表A1示数Ia，电流表A2示数Ib；‎ ‎②断开开关S2，保持滑动变阻器阻值不变，记录此时电流表A1示数Ic，电流表A2示数Id，后断开S1；‎ ‎③根据上述数据可知计算定值电阻Rx的表达式为___________。若忽略偶然误差，则用该方法测得的阻值与其真实值相比___________(填“偏大”、“偏小”或“相等”)。‎ ‎5、某同学用右图电路测量一节蓄电池的电动势和内阻。蓄电池内阻非常小，为防止滑动变阻器电阻过小时由于电流过大而损坏器材，电路中用了一个保护电阻R0，除蓄电池、开关、导线外，可供使用的器材还有：‎ A、电流表(量程0.3A、3A)‎ B、电压表(量程3V、15V)‎ C、定值电阻(1Ω、额定功率5W)‎ D、定值电阻(10Ω、额定功率10W)‎ E、滑动变阻器(0～5Ω)‎ F、滑动变阻器(0～50Ω)‎ 电压表读数U/V ‎1.88‎ ‎1.92‎ ‎1.93‎ ‎1.98‎ ‎1.99‎ 电流表读数I/A ‎1.72‎ ‎1.35‎ ‎0.98‎ ‎0.63‎ ‎0.34‎ ‎（1）要正确完成实验，电流表的量程应选择________A，电压表的量程应选择________V；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_______________________________.‎ ‎（3）该同学调整滑动变阻器共测得5组电流、电压数据，如上表。据表中数据可以计算出该蓄电池的电动势E=_______V，内阻r=________Ω。(结果均保留2位小数)‎ ‎6、图甲为小马同学测量一节干电池电动势和内电阻的电路图,其中虚线框内为用毫安表改装成双量程电压表的电路。‎ ‎(1)器材:‎ ‎①毫安表的内阻为150Ω,满偏电流为3mA;和为定值电阻,。若使用a和b两个接线柱,电压表量程为15V,则定值电阻__________Ω;‎ ‎②电流表A(量程0.6A,内阻约0.2Ω);‎ ‎③两个滑动变阻器,最大阻值分别为10Ω和800Ω,应选最大阻值为_________Ω的滑动变阻器。‎ ‎(2)实验步骤:‎ ‎①按照原理图连接电路;‎ ‎②开关拨向c,将滑动变阻器R的滑片移动到最左端,闭合开关;‎ ‎③多次调节滑动变阻器的滑片,记下相应的电流表的示数和毫安表的示数。‎ ‎(3)数据处理:‎ ‎①利用实验测得的数据作出图乙所示的图像;‎ ‎②由图像得干电池的电动势_________V,内阻_________Ω。(结果均保留小数点后两位)‎ ‎(4)小牛同学认为,可以在作图像的时候以为纵轴,为横轴,这样可以从理论上消除由于电压表分流带来的系统误差。请你从实际测量的角度评价一下这样做有无实际意义(已知电流表A的刻度盘上最小一格是0.02A)。‎ ‎7、现实生活中好多电子设备都用到蓄电池，蓄电池在手机和电脑等电器上广泛使用。某学习兴趣小组为了测量一个蓄电池的电动势(约为4.0V)和内阻，可供该小组选用的器材除了开关、导线外，还有：‎ A.待测蓄电池E(电动势约为4.0V，内阻约为1Ω)‎ B.电压表(量程0~3V，内阻等于6kΩ)‎ C.电压表(量程0~15V,内阻等于15kΩ)‎ D.电流表A(量程0~0.6A，内阻约为0.5Ω)‎ E.滑动变阻器(0~20Ω，额定电流2A)‎ F.滑动变阻器(0~1kΩ，额定电流1A)‎ G.定值电阻(阻值等于2kΩ)‎ H.定值电阻(阻值等于5Ω)‎ ‎1.为了尽量减小实验误差，请从以上实验器材中选择合适器材，设计实验电路图画在图甲虚线框内并在电路图上标出选用器材后面的代号。‎ ‎2.用1中设计的实验电路图进行测量，读出电压表、电流表的示数，画出实验数据对应的U-I图象如图乙所示，则可以得出该蓄电池的电动势E=_________V，内阻r=__________Ω。（结果均保留两位有效数字）‎ ‎3.实验中，随着滑动变阻器的移动，电压表和电流表的示数以及并联部分电路的功率P都会发生变化。通过计算可知并联部分电路功率最大时电压表的示数为___________V,电流表示数为___________A。（结果均保留两位有效数字）‎ ‎8、在测定电源电动势和内阻的实验中,实验室提供了合适的实验器材。‎ ‎(1)甲同学按电路图甲进行测量实验,其中,则:‎ ‎①请用笔画线代特导线在图乙中完成电路的连接。‎ ‎②由电压表的读数U和电流表的读数I,画出图线如图丙所示,可得电源的电动势________V,内电阻_________Ω。(结果保留两位有效数字)‎ ‎(2)乙同学按图丁所示连接测量电路,其他操作正确,由电压表的读数U和电流表的读数I,画出图线如图戊所示,可得电源的电动势_________V,内阻_________Ω。(结果保留两位有效数字)‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 答案以及解析 ‎1答案及解析：‎ 答案：(1)右 (2)1.20 (3)a;b 解析：(1)开关闭合前,滑动变阻器接入电路的阻值应最大,故滑片应置于最右端。‎ ‎(2)测干电池的电动势,故电压表的量程为3V,分度值为0.10V,其示数为1.20V。‎ ‎(3)电源的内阻,由题图丙可知,图线a所代表的电池内阻较大;旧电池的内阻大,故新电池的图线是b。‎ ‎ ‎ ‎2答案及解析：‎ 答案：1.b 2.1 3.2.94;不能 解析：1.由题图1可知,电压表测量a、P部分电阻丝两端的电压,等效电路图如图所示;若开始时P滑到a端,则电源被短路,故为了保证安全,P应置于b端。 2.电压表有示数说明与电源是相通的,即2、3、4、5、6是完好的,而示数不变,说明导线1断路。‎ ‎ 3.设单位长度电阻丝的阻值为(单位:),由闭合电路欧姆定律可得,变形可得,则可知,解得;图像的斜率可求,但由于未知,故无法求出电源内阻r。‎ ‎ ‎ ‎3答案及解析：‎ 答案：(1)1.45;偏小;多用电表测的是路端电压,小于旧干电池的电动势 ‎(2);‎ 解析：(1)多用电表的量程为2.5V,分度值为0.05V,读数为1.45V;由于多用电表内阻不是无穷大,故多用电表的测量值相当于路端电压的值,因此旧干电池电动势的测量值小于真实值。‎ ‎(2)根据题图乙可知两电阻串联,电压表测量两端的电压,由闭合电路欧姆定律,变形得;根据图丙可知,,斜率,解得,。‎ ‎ ‎ ‎4答案及解析：‎ 答案：1.‎ ‎2.3.0 ; 2.1‎ ‎3. ; 相等 解析：1.电流表与串联，可改装为量程为的电压表，故选即可；‎ ‎2.由图可知电流表的读数对应的电压值即为电源的电动势，则；内阻 ‎3.由题意可知：，；联立解得；由以上分析可知，若考虑电流表A1内阻的影响，则表达式列成：，，最后求得的表达式不变，则用该方法测得的阻值与其真实值相比相等。‎ ‎ ‎ ‎5答案及解析：‎ 答案：3(A) ；3(V) ；1() 0～5() ； 电压表内阻的分流 ； 2.03（2.01～2.04）； 0.08（0.07～0.09）‎ 解析：‎ （1） 由表中数据可知，电流表选择3A的量程；电压表应选3V量程；一节蓄电池电动势约为2V，保护电阻应选阻值1Ω即可，如果选择1Ω的定值电阻，由于定值定值较大，电路电流较小，电流变化范围小，不能测多组实验数据；为了便于调节，滑动变阻器选择0～5Ω即可；‎ ‎（3）根据数据画出U-I图像如图；‎ 由图像可得，电源电动势E=2.03V，内阻 ‎ ‎ ‎ ‎6答案及解析：‎ 答案：(1)①4000;③10 (3)②1.47(1.46~1.48);0.85(0.81~0.87) (4)见解析 解析：(1)①根据电表的改装原理可得,解得。③因干电池内阻和电动势均较小,为便于调节电路,则选择最大阻值为10Ω的滑动变阻器。‎ ‎(3)将毫安表改装后作电压表使用,由闭合电路欧姆定律得,解得,则纵横距,斜率,可解得,。‎ ‎(4)改装后的电压表内阻为1000Ω,流过电压表的电流,故考虑总电流时可忽略;且由于电流表刻度盘上最小一格是0.02A,所以10mA数量级为估读值,1mA数童级对于电流表没有意义,而毫安表本身的读数在1mA左右,所以计算没有必要,从有效数字的角度来讲这样做没有意义。‎ ‎ ‎ ‎7答案及解析：‎ 答案：1.；2.3.7；1.2；3.1.4；0.30‎ 解析：1.蓄电池的电动势约为4.0V,器材中所给的电压表量程过小，量程过大，都不满足测量要求。需要将电压表和某个定值电阻串联改装成的电压表，解之可得，所以要将电压表和串联改装成电压量程为4V的电压表；将定值电阻连接在干路中，既可以保护电路，又可以方便准确地计算电源内阻（等效内阻法）；为了便于测量和操作，滑动变阻器选择；电源内阻约为1Ω，是小电阻，所以电流表选择外接。电路图如答图所示。‎ ‎2.由题图乙可知U=2.8V时，电动势，此时，所以r=1.2Ω。‎ ‎3.电源与等效为新的电源，由，可知，即时，并联部分输出功率最大，此时的电流。‎ ‎ ‎ ‎8答案及解析：‎ 答案：(1)①如图所示;②3.0;0.38;‎ ‎(2)2.9;0.50‎ 解析：(1)①根据原理图可得出对应的实物图,如图所示。②在画出的图像中,纵轴的截距表示电源的电动势,斜率表示内阻,根据题图丙可得,,且,则。‎ ‎(2)由乙同学的电路接法可知,R左右两部分并联后与串联,则可知,在滑片移动过程中,滑动变阻器接入电路的电阻先增大后减小,则路端电压先增大后减小,所以出现题图戊所示的图像,则由图像可知,当电压为2.4V时,电流为0.5A,此时变阻器并联的两部分电阻相等,则总电流为;而当电压为2.3V时,电流分别对应0.33A和0.87A,则说明当电压为2.3V时,干路电流为,则根据闭合电路欧姆定律可得,,解得,。‎ ‎ ‎