(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。