人教版高考物理一轮总复习课后习题 第9单元 恒定电流 实验练13测量电源的电动势和内阻

实验练13测量电源的电动势和内阻
A组基础达标
1.某同学分别用图1甲和图1乙的电路测量同一节干电池的电动势和内阻。

(1)请在虚线框中画出图1乙的电路图;
图1
(2)某次测量时电流表和电压表的示数如图2所示,则电流I= A,电压U= V;
(3)实验得到如图3所示的两条直线,图中直线Ⅰ对应电路是图1
(选填“甲”或“乙”);
(4)该电池的电动势E= V(保留3位有效数字),内阻r=
Ω(保留2位有效数字)。

图2
图3
2.实验方案对实验测量的精度有直接的影响,某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。

实验室提供的器材有:
干电池一节(电动势约1.5 V,内阻小于1 Ω);
电压表V(量程0~3 V,内阻约3 kΩ);
电流表A(量程0~0.6 A,内阻约1 Ω);
滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω);
定值电阻R1(阻值2 Ω);
定值电阻R2(阻值5 Ω);
开关一个,导线若干。

(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验,通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏,记录此过程中电压表和电流表的示数,利用实验数据在U-I坐标纸上描点,如图乙所示,结果发现电压表示数的变化范围比较小,出现该现象的主要原因是。

(填正确答案标号)
甲
乙
A.电压表分流
B.干电池内阻较小
C.滑动变阻器最大阻值较小
D.电流表内阻较小
(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题,该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案,重新测量得到的数据如下表所示。

请根据实验数据,回答以下问题:
①如图丙所示的坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点,请在坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点并画出U-I图像。

丙
②根据实验数据可知,所选的定值电阻为(选填“R1”或
“R2”)。

③用笔画线代替导线,请按照改进后的方案,将下面的实物图连接成完整电路。

丁
B组综合提升
3.在测定电池的电动势和内阻的实验中,提供有下列器材。

A.电流表G(满偏电流3 mA,内阻10.0 Ω)
B.电流表A(0~0.6 A、0~3 A,内阻未知)
C.滑动变阻器R(0~20.0 Ω,1 A)
D.定值电阻R0(阻值1.0 Ω)
E.定值电阻R1(阻值990.0 Ω)
F.开关与导线若干
G.待测电池E(电动势约为1.5 V,内阻较小)
(1)某同学根据现有的实验器材,设计了如图甲所示的电路,请你按照电路图在图乙上完成实物连线。

甲
乙
(2)图丙为该同学根据上述设计的实验电路测出的数据作出的I1-I2图像(I1为电流表G的示数,I2为电流表A的示数),则由图像可以求得被测电池的电动势E= V,内阻r= Ω。

(结果保留2位小数)
丙
4.一实验小组要测量某电源的电动势和内阻。

所用器材有:电压表(量程0~1 V,内阻未知),电阻箱(最大阻值9 999.9 Ω),定值电阻R01=300 Ω,定值电阻R02=3 000 Ω。

先利用如图甲所示的电路测量电压表的内阻,再利用如图乙所示的电路测量电源的电动势和内阻(甲、乙两图中使用的是同一电源)。

(1)按图甲所示连接好电路,将电阻箱的阻值调到最大,闭合开关S,调节
电阻箱,当电压表示数为0.5 V时,电阻箱接入电路的阻值为7 470 Ω;继续调节电阻箱,当电压表示数为1 V时,电阻箱接入电路的阻值为2 985 Ω。

若忽略电源内阻的影响,则电压表的内阻为Ω。

(2)图乙所示电路中,用定值电阻R0扩大电压表的量程,使其接近电源电动势,则应选取(选填“R01”或“R02”)。

(3)将图乙电路中S闭合,调节电阻箱的阻值R,读取电压表对应的示数
U(原刻度盘没变),利用R、U数据绘制1
U −1
R
图像如图丙所示,所得图线为
直线,其纵截距为a,直线上某点的坐标为(c,b),原电压表内阻用R V表示,定值电阻的阻值用R0表示,忽略改装后电压表对电路的影响,则电源电动势的测量值可表示为,内阻的测量值可表示为。

丙
参考答案
实验练13 测量电源的电动势和内阻
1.答案(1)见解析图
(2)0.40 1.30
(3)乙
(4)1.52 0.54
解析(1)按照图1乙电路画出电路图如图所示。

(2)由题图可知,电压表量程选择0~3V,电流表量程选择0~0.6A,根据电流表和电压表读数规则,电流I=0.40A,电压U=1.30V。

(3)图1甲的电路将电流表与干电池串联,测量出来的干电池内阻实际为干电池内阻与电流表内阻之和,对应图线的斜率绝对值较大,所以图3中直线Ⅱ对应电路为图1甲电路,直线Ⅰ对应电路为图1乙电路。

(4)根据实验图像与纵轴交点的纵坐标为电池电动势,可知该电池的电动势E=1.52V,由图3中直线Ⅰ的斜率绝对值可得电池内阻r=0.54Ω。

2.答案(1)B (2)①图见解析②R1③图见解析
解析(1)根据闭合电路欧姆定律有E=U+Ir,整理可得U=-rI+E,故U-I图像斜率的绝对值表示电源内阻大小,由图乙可知电压表示数变化小即U-I图像斜率小,原因是干电池内阻太小,故只有选项B正确。

(2)①先根据表格数据把各点位置在图中找出,然后采用拟合的方法用直线连接各点得到如图甲所示的图像,注意要把图像延长至坐标轴,便于求截距和斜率。

甲
②改进实验时,为了使电压表示数变化明显,需要把一个定值电阻与电源串联,将定值内阻看成等效电源的内阻一同测量,由作出的U-I图像可得斜率约为2.6Ω,故实验中与电源串联的电阻只能为R1。

③结合解析②可知,实物图连接如图乙所示。

乙
3.答案(1)见解析图 (2)1.50 0.50
解析(1)根据电路原理图完成实物连线如图所示:
(2)电路原理图中电阻R 1与电流表G 组成电压表,根据闭合电路欧姆定律得
E=I 1(R 1+R g )+(I 1+I 2)(R 0+r) 整理得I 1=
E R 1+R g +R 0+r
−
R 0+r
R 1+R g +R 0+r
I 2
由题图丙可知
E
R 1+R g +R 0+r
=1.5mA,
R 0+r
R 1+R g +R 0+r
=
(1.5-0.6)×10-3
0.6
=1.5×10-3
代入数据解得E=1.50V,r=0.50Ω。

4.答案(1)1 500 (2)R 02 (3)
R V +R 0aR V
b -a ac
解析(1)在忽略电源内阻的情况下,电压表与电阻箱的电压之和为定值,有U 1+U
1R V
R 1=U 2+U
2R V
R 2,解得R V =1500Ω。

(2)电源的电动势E=U1+U1
R V
R1=2.99V,要扩大电压表的量程,使其接近电源电
动势,根据串联电路的分压特点有E-U g
U g =R0
R V
,解得R0=2985Ω,故定值电阻
应选R02。

(3)根据闭合电路欧姆定律有E=R V+R0
R V U+R V+R0
R V
U·r
R
,变形得1
U
=1
E
·R V+R0
R V
+
r E ·R V+R0
R V
·1
R
,结合图丙可知r
E
·R V+R0
R V
=b-a
c
,1
E
·R V+R0
R V
=a,解得E=R V+R0
aR V
,r=b-a
ac。

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