人教版物理选修3-1习题：第2章 10 实验：测定电池的电动势和内阻

人教版物理选修3-1习题：第2章 10 实验：测定电池的电动势和内阻

www.ks5u.com 第二章　10‎ ‎[练案18]‎ ‎ 基础夯实 ‎ ‎1．某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合。为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是(　D　)‎ A．一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器 B．一个伏特表和多个定值电阻 C．一个安培表和一个电阻箱 D．两个安培表和一个滑动变阻器 解析：A选项属于伏安法测定干电池的电动势和内阻的实验器材，A项正确；由U＝E－r，B项正确；由E＝I(R＋r)，C项正确；因不能读出滑动变阻器的阻值，D项错误。‎ ‎2．用电流表和电压表测定电池的电动势E和内电阻r，所用电路如下图(a)所示，一位同学测得的6组数据如下表所示。‎ 组别 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ 电流I/A ‎0.12‎ ‎0.20‎ ‎0.31‎ ‎0.32‎ ‎0.50‎ ‎0.57‎ 电压U/ V ‎1.37‎ ‎1.32‎ ‎1.24‎ ‎1.18‎ ‎1.10‎ ‎1.05‎ ‎(1)试根据这些数据在图(b)中作出U－I图线。‎ ‎(2)根据图线求出电池的电动势E＝__1.46__ V，电池的内电阻r＝__0.72__Ω。‎ 答案：(1)见解析图 解析：本题考查用作图法处理实验数据。作图线时应使尽可能多的点落在直线上，个别偏离太大的点应舍去，图线如下图所示。由图线与纵轴的交点可得电动势E＝1.46 V，再读出图线与横轴交点的坐标(1.00，0.64)，由E＝U＋Ir得r＝＝ Ω≈0.72 Ω。‎ ‎3．某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r，所给的其他器材有：‎ A．电压表V：0～3 V～15 V B．电流表A：0～0.6 A～3 A C．变阻器R1：(20 Ω，1 A)‎ D．变阻器R2：(1 000 Ω，0.1 A)‎ E．电键S和导线若干 ‎(1)实验中电压表应选用的量程为__0～3_V__(填“0～3 V”或“0～15 V”)；电流表应选用的量程为__0～0.6_A__(填“0～0.6 A”或“0～3 A”)；变阻器应选用__R1__；‎ ‎(2)根据实验要求连接实物电路图；‎ ‎(3)实验测得的6组数据已在U－I图中标出，如图所示，请你根据数据点位置完成U－I图线，并由图线求出该电池的电动势E＝__1.5__ V，电阻r＝__0.50__Ω。‎ 答案：(2)‎ ‎(3)U－I图线如图所示 解析：(1)一节干电池的电动势为1.5 V，故电压表选择0～3 V即可；流经干电池的电流不允许过大，故电流表选择0～0.6 A即可；变阻器选择R1，调节时连续性较好；‎ ‎(3)由闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir得，U＝－rI＋E，在U－I 图象中，纵轴截距表示电源电动势，斜率绝对值代表电源内阻。‎ ‎4．某学生测量电源的电动势E及内阻r所需的实验器材如图2所示。‎ ‎(1)在图1画出实验电路原理图。‎ ‎(2)用笔画线代替导线在图2中，完成实物连线。‎ ‎(3)测量该电源电动势和内电阻所得的U－I图线如图3，则由图3可知该电源的电动势为__6.0__ V，内电阻为__1.6__Ω。(保留两位有效数字)‎ 答案：(1)(2)见解析 解析：(1)测量电源的电动势和内阻时，只需要将滑动变阻器与电流表串联接在电源两端，由于电源内阻较小，故相对于电源来说，电流表应采用外接法；原理图如图甲所示。‎ ‎(2)根据原理图，依次将各元件连接，注意导线不能交叉；连线图见图乙。‎ ‎(3)由图3可知，电源的电动势E＝6.0 V；图象的斜率的绝对值表示电源的内阻；故r＝＝1.6 Ω。‎ ‎5．某实验小组利用如图所示电路测定一节电池的电动势和内电阻，备有下列器材：‎ ‎①待测电池，电动势约为1.5 V(小于1.5 V)‎ ‎②电流表，量程3 mA ‎③电流表，量程0.6 A ‎④电压表，量程1.5 V ‎⑤电压表，量程3 V ‎⑥滑动变阻器，0～20 Ω ‎⑦开关一个，导线若干 ‎(1)请选择实验中需要的器材__①③④⑥⑦__(填标号)。‎ ‎(2)按电路图将实物(如图甲所示)连接起来。‎ ‎(3)小组由实验数据作出的U－I图象如图乙所示，由图象可求得电源电动势为__1.4__ V，内电阻为__2.8__Ω。‎ 答案：(2)如图所示 解析：(1)根据本实验的原理以及特点，所选器材是①③④⑥⑦；‎ ‎(2)根据电路图连接实物图时，一定要看清电路的结构，滑动变阻器的接线柱所在的位置，注意导线不能交叉；‎ ‎(3)电源的电动势是纵轴截距1.4 V，内电阻r＝＝ Ω＝2.8 Ω。‎ ‎ 能力提升 ‎ ‎1．某研究性学习小组利用如图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＝__3__ V，r＝__1__Ω。‎ 解析：特殊值代入法：选择A和B，如图所示，从图象中读出A、B两点的坐标分别为A(1.0,2)，B(2.0,5)，由此可得I1＝1.0 A，R1＝2 Ω；I2＝0.5 A，R2＝5 Ω，把这两组数据代入下面的方程组，可解得E＝3 V，r＝1 Ω。‎ ‎2．(2019·江苏省海头高中、海州高中高二上学期期中联考)某研究小组收集了两个电学元件：电阻R0(约为2 kΩ)和手机中的锂电池(电动势E标称值为3.7 V，允许最大放电电流为100 mA)。实验室备有如下器材：‎ A．电压表 V(量程3 V，电阻R V约为4.0 kΩ)‎ B．电流表A1(量程100 mA，电阻RA1约为5 Ω)‎ C．电流表A2(量程2 mA，电阻RA2约为50 Ω)‎ D．滑动变阻器R1(0～40 Ω，额定电流1 A)‎ E．电阻箱R2(0～999.9 Ω)‎ F．开关S一只、导线若干 ‎(1)实验一：为了尽量准确测定电阻R0的阻值，小明设计了一电路，如图1所示为其对应的实物图，图中的电流表A应选__A2__(选填“A1”或“A2”)。请将实物连线补充完整__如解析图__。请判断用此电路测出来的R0较真实值相比__偏大__(填“偏大”或“偏小”)。‎ ‎(2)实验二：为测量锂电池的电动势E和内阻r ，某同学设计了如图2所示的电路图。求出与的关系式是__＝＋__，根据测量数据作出图象，如图3所示。若该图线的斜率为k，纵轴截距为b，则该锂电池的电动势__E＝__，内阻__r＝__(用k和b表示)。‎ 解析：(1)电压表量程是3 V，通过待测电阻的最大电流I＝＝ A＝0.001 5 A＝1.5 mA，因此电流表应选A2；待测电阻R0阻值约为2 kΩ，滑动变阻器R1与电阻箱R2最大阻值均小于待测电阻阻值，变阻器采用限流接法时待测电阻电压与电流变化范围较小，不能测多组实验数据，为测多组实验数据，减小实验误差，滑动变阻器应采用分压接法；＝＝40，＝＝2，>，电流表应该采用内接法，实物电路图如图所示。因为电流表内阻的分压作用，使电压表示数偏大，则由欧姆定律可知，测量出的电阻值偏大；‎ ‎(2)由图乙所示电路可知，E＝U＋Ir＝U＋r，则＝＋，因此图象的纵轴截距b＝，电动势E＝，图象的斜率k＝，则电源内阻r＝kE＝。‎ ‎3．为了测定电源电动势E、内阻r的大小并同时描绘出小灯泡的伏安特性曲线，某同学设计了如图甲所示的电路。闭合开关，调节电阻箱的阻值，同时记录电阻箱的阻值R，电压表 V1的示数U1，电压表 V2的示数U2。根据记录数据计算出流过电阻箱的电流I，分别描绘了a、b两条U－I图线，如图乙所示。请回答下列问题：‎ ‎(1)写出流过电阻箱的电流I的表达式__I＝__；‎ ‎(2)小灯泡两端电压随电流变化的图象是__b__；(选填“a”或“b”)‎ ‎(3)根据图乙可以求得电源的电动势E＝__3.0__ V，内阻r＝__2.0__Ω，该电路中小灯泡消耗的最大功率为__1.0__W。‎ 解析：(1)首先要明白电路的组成，作出电路图，如图所示。 电阻箱两端电压U＝U2－U1，电阻箱阻值为R，所以流过电阻箱的电流I＝。‎ ‎(2)小灯泡两端电压随电流的增大而增大，所以选图线b。‎ ‎(3)图线a为电源路端电压随电路中电流变化的关系图线，图线a与纵轴的交点为电源的电动势，E＝3.0 V，图线a斜率的绝对值为电源的内阻，r＝2.0 Ω，图线a、b的交点表示U1＝U2，即电阻箱的阻值为0，此时小灯泡消耗的功率最大，P＝UI＝1.0 W。‎ ‎4．(2019·山东实验中学高二上学期期末)某同学准备利用下列器材测量电源电动势和内电阻。‎ A．干电池两节，每节电动势约为1.5 V，内阻约几欧姆 B．直流电压表V1、V2，量程均为0～3 V，内阻约为3 kΩ C．定值电阻R0，阻值为5 Ω D．滑动变阻器R1，最大阻值50 Ω E．导线和开关 ‎(1)该同学连接的实物电路如图甲所示，其中还有一根导线没有连，请补上这根导线。‎ ‎(2)实验中移动滑动变阻器触头，读出电压表V1和V2的多组数据U1、U2，描绘出U1－U2图象如图乙所示，图中直线斜率为k，与横轴的截距为a，则电源的电动势E＝__a__，内阻r＝____。(用k、a、R0表示)‎ 答案：(1)连线见解析　(2)a　 解析：(1)如图所示 ‎(2)根据E＝U＋Ir得E＝U2＋r，解得U1＝－，则k＝，即r＝，当U1＝0时，U2＝a，即－＝0，解得E＝a。‎