(江苏专用版)2020版高考物理总复习第七章实验八测量电源的电动势和内阻练习(含解析)

实验八测量电源的电动势和内阻
1.(2017海安中学月考)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(0~3V)、电流表(0~0.6A)及滑动变阻器R、开关S、导线。

(1)连好电路后,当该同学闭合开关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)
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.1Ω
B.5Ω
C.10Ω
D.20Ω
答案见解析
解析(1)发现电流表示数为0,电压表示数不为0,电流表或R处断路,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,知滑动变阻器R断路。

(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2.70~3.00V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,图像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=2.98V,内阻
r=-Ω=0.50Ω。

(3)保护电阻R0应大约为R0=Ω=5Ω,所以B选项正确。

2.在测量电源的电动势和内阻的实验中,该电源电动势约为9V,内阻约为5Ω。

某同学设计了如图所示的实物电路。

(1)实验时,应先将电阻箱的电阻调到。

(选填“最大值”“ ”或“任意值”)
(2)改变电阻箱的阻值R,用电压表(量程0~3V)分别测出阻值R0=10Ω的定值电阻两端的电压U。

下列三组电阻箱R的调节范围取值方案中,比较合理的方案是。

A.30~80Ω
B.300~800Ω
C.3000~8000Ω
(3)根据实验数据描点,绘出的-R图像是一条直线。

若直线的斜率为k,在坐标轴上的截距为b,则该电源的电动势E= (用字母表示)。

(4)用这个方法测得的内阻和真实值比较(选填“偏大”“相等”或“偏小”)。

答案(1)最大值(2)A (3)(4)偏小
解析(1)为保护电压表,实验前应将电阻箱的电阻调到最大值,让电流从最小值开始变化。

(2)根据欧姆定律,电路中的最大电流为I max==A=0.3A,所以电路中的最大电阻可为
R max===Ω=90Ω,所以电阻箱的最大值应为R<90Ω-10Ω=80Ω,所以合理的方案是A。

(3)根据闭合电路欧姆定律应有:E=U+(R+r),
变形为=R+,
所以k=,b=,
解得E=。

(4)由于利用欧姆定律求出的电流只是R0中的电流,由于电压表的分流作用,电流的测量值偏小,所以内阻的测量值偏小。

3.(2018南通一模)用如图甲所示的电路测量电池的电动势和内阻,定值电阻R1=16Ω。

(1)闭合开关S后,电压表V1无读数,电压表V2有读数,经检查发现电路中存在断路故障,则该故障可能在(选填“ b”“bc”或“cd”)两点间。

(2)排除故障后,闭合开关S,调节滑动变阻器的阻值,记录多组电压表的示数U1、U2,如表所示。

请根据表中数据在图乙中作出U2-U1图像。

(3)由图像可知,电源电动势E= V,内阻r= Ω。

(结果均保留两位有效数字)
(4)实验中,产生系统误差的主要原因是。

答案(1)cd (2)见解析图(3)6.0 8.0
(4)电压表V1分流
解析(1)电压表V1无读数,电压表V2有读数,说明V2与电源是连接的,故发生断路的是cd。

(2)根据表中数据利用描点法可得出对应的图像如图所示。

(3)根据电路图由闭合电路欧姆定律可知
E=U1+U2+r
变形可得U2=E-U1
由图可知,图像与纵轴的截距表示电动势,故E=6.00V;
图像的斜率k==-=1.5
解得r=8.0Ω。

(4)本实验中由于电压表V1分流作用而使测量电流偏小,从而出现误差。

4.(2018苏北四市一调)测定一节干电池的电动势和内阻,电路如图甲所示,MN为一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝,定值电阻R0=1.0Ω,调节滑片P,记录电压表示数U、电流表示数I及对应的PN长度x,绘制了U-I图像如图乙所示。

(1)由图乙求得电池的电动势E= V,内阻r= Ω。

(2)实验中由于电表内阻的影响,电动势测量值其真实值(选填“大于”“等于”或“小于”)。

(3)根据实验数据可绘出-x图像,如图丙所示。

图像斜率为k,电阻丝横截面积为S,可求得电阻丝的电阻率ρ= ,电表内阻对电阻率的测量(选填“有”或“没有”)影响。

答案(1)1.49 0.45 (2)小于(3)kS 没有
解析(1)由闭合电路欧姆定律可知:U=E-I(r+R0),则可知,图乙中的图像与纵坐标间的交点表示电动势,故E=1.50V;图像的斜率的绝对值表示内电阻,则r+R0=-Ω,解得r=1.45-1.0Ω=0.45Ω;
(2)由图示可知,伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法,由于电压表分流作用,电流表测量值偏小,当外电路短路时,电流测量值等于真实值,电源的U-I图像如图所示,
由图像可知,电动势测量值小于真实值,电源内阻测量值小于真实值。

(3)根据欧姆定律可知,电阻R==,则可知k=,解得ρ=kS;若考虑电表内阻,则图像的斜率不变,所以得出的电阻率没有影响。

5.(2018江苏六市一调)测量某电源电动势和内阻,提供如下实验器材:
A.待测电源(电动势约12V、内阻约1Ω、最大允许电流2A)
B.电流表A(量程1A)
C.电流表G(量程1mA、内阻约50Ω)
D.电阻箱(0~99999.9Ω)
E.滑动变阻器(0~20kΩ)
F.滑动变阻器(0~1kΩ)
H.滑动变阻器(0~50Ω)
J.定值电阻(阻值5Ω)
K.定值电阻(阻值100Ω)
L.开关、导线若干
(1)将电流表G改装成电压表,需要测量电流表内阻R g,实验小组采用如图甲所示的电路,实验步骤如下:
①连接好电路,闭合开关S1前,变阻器R1的滑片移到(选填“最左端”或“最右端”)。

②闭合S1,断开S2,调节R1使电流表G满偏。

③闭合S2,保持R1阻值不变,调节电阻箱R2的阻值,使得电流表G半偏,读出电阻箱示数R,则电流表G 的内阻R g= 。

(2)将电流表G改装成量程为15V的电压表,已测得R g=52.0Ω,则与电流表G串联的电阻箱R2的取值应为Ω。

(3)用图乙电路测电源电动势和内阻,滑动变阻器R3选用,定值电阻R0选用。

(选填器材序号)
(4)根据实验测得数据作出电压表读数U与电流表A读数I间的关系图像(图像未画出),由图像读出I=0时U=12.1V,图线斜率绝对值为5.9V/A,则电源电动势E= V,电源内阻r= Ω。

答案(1)①最左端③R (2)14948.0
(3)H J (4)12.1 0.9
解析(1)变阻器R1的滑片移到最左端时接入电路的电阻最大,故闭合开关S1前,变阻器R1的滑片移到最左端,闭合S2,电阻箱R2与电流表G并联,当电流表G半偏时,即电流表中电流为原来的一半,则另一半电流流过电阻箱R2,电阻箱R2与电流表G中电流相同,故电阻值也相等。

(2)将电流表G改装成量程为15V的电压表后,表的总电阻R==
Ω= × 4Ω,与电流表G串联
-
的电阻箱R2=R-R g=14948Ω。

(3)滑动变阻器的总阻值小,便于精细调节,故选H,因电流表量程为1A,定值电阻若选100Ω,则测量电流的大小及大小变化范围就非常小,故定值电阻应选J。

(4)由图乙,将定值电阻等效为电源内阻,I=0时,路端电压即电动势E=U=12.1V,图线斜率的绝对值为等效内阻的大小,则电源实际内阻为r=(5.9-5)Ω=0.9Ω。