2019_2020学年高中物理第二章5学生实验：测量电源的电动势和内阻练习含解析教科版选修

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1、5.学生实验:测量电源的电动势和内阻基础巩固1.(多选)用伏安法测电池的电动势和内阻的实验中,下列说法正确的是()A.应选用旧的干电池作为被测电源,以使电压表读数变化明显B.应选用内阻较小的电压表和电流表C.移动滑动变阻器的滑片时,不能使滑动变阻器短路造成电流表过载D.使滑动变阻器阻值尽量大一些,测量误差才小解析:选用电表时应选用内阻较大的电压表和内阻较小的电流表;同时,滑动变阻器的阻值不能太大.如果这样电流较小,电流表读数误差较大,故应选A、C.答案:AC2.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

2、()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选项应用公式E=U+Ir可以测量E和r.B选项应用公式E=U+URr可以测量E和r.C选项应用公式E=IR+Ir可以测量E和r.D选项中无法测量路端电压,故最不可取,选D.答案:D3.如图所示,测量电源电动势和内电阻的电路,关于误差的说法正确的是()A.由于电流表的分压作用,使内电阻的测量值小于真实值B.由于电流表的分压作用,使内电阻的测量值大于真实值C.由于电压表的分流作用,使内电阻的测量值小于真实值D.由于电压表的分流作用,使内电阻的测量值大于真实值

3、答案:C4.如图所示,在用一只电流表和两个定值电阻测定电源电动势和内电阻的实验中,由于未考虑电流表的内阻,其测量值E和r与真实值E0和r0相比较,正确的是 ()A.E=E0,r=r0B.EE0,rr0D.EE0,rr0解析:当不考虑电流表内阻RA的影响时,由闭合电路欧姆定律,得E=I1R1+I1r,E=I2R2+I2r.解得E=I1I2(R1-R2)I2-I1,r=I1R1-I2R2I2-I1.当考虑RA影响时,由闭合电路欧姆定律,得E0=I1(R1+RA+r0),E0=I2(R2+RA+r0).解得E0=I1I2(R1-R2)I2-I1,R0=I1R1-I2R2I2-I1-RA.比较两组结果

4、知E0=E,r0RV2;两只量程相同的电流表A1、A2,内阻RA1RA2.在该实验中,为了使E、r的测量精确些,选择的电表可以是() A.V1和A2B.V2和A2C.V2和A1D.V1和A1解析:本实验中电流表相对电池外接,系统误差是由电压表分流引起的,E测=RVRV+rE,r测=RVRV+rr,要减小误差,应选RV大的,故电压表选V1,本实验中电流表的内阻对结果无影响,故正确选项为A、D.答案:AD6.用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中,被测电源是两节干电池串联的电池组.可供选择的实验器材如下:A.电流表,量程00.6 A,03 AB.电流表,量程0100 A,0100 mAC.

5、电压表,量程03 V,015 VD.滑动变阻器,01 000 ,0.1 AE.滑动变阻器,020 ,2 AF.开关一个,导线若干(1)为了尽量得到较好效果,电流表应选,量程应选,电压表量程应选,滑动变阻器应选.(2)如图所示有甲、乙两个可供选择的电路,应选电路进行实验.实验中误差是由于表的读数比实际值偏.解析:(1)一般干电池允许通过的最大电流为0.5A,故电流表应该选A,其量程应该选00.6A.两节干电池串联后的电动势为3.0V,故电压表量程应该选03V.滑动变阻器的最大阻值只需要比电池组的内阻大几倍即可,故选择E.(2)应该选乙电路,电流表的内阻和滑动变阻器的阻值相差不大,其分压作用不可忽

6、略,而电压表的内阻相对滑动变阻器的阻值来讲大很多,其分流作用可以忽略,故选择乙电路.实验中电压表的示数是路端电压,电流表的示数比干路中的电流略小,所以实验中的误差是由于电流表的读数比实际值偏小造成的.答案:(1)A00.6 A03 VE(2)乙电流小7.有一电动势E约为9 V,内阻r约为40 的电源,最大额定电流为50 mA.现有量程为3 V、内阻为2 k的电压表和阻值为0999.9 的电阻箱各一只,另有若干定值电阻、开关和导线等器材.为测定该电源的电动势和内阻,某同学设计了如图甲所示的电路进行实验,请回答下列问题.(1)实验室备有以下几种规格的定值电阻R0,实验中应选用的定值电阻是.A.20

7、0 B.2 kC.4 kD.10 k(2)实验时,应先将电阻箱的电阻调到(选填“最大值”“最小值”或“任意值”),目的是.(3)该同学接入符合要求的R0后,闭合开关S,调整电阻箱的阻值,读取电压表的示数.根据记录的多组数据,作出如图乙所示的1U-1R图线.根据该图线可求得电源的电动势E=_V,内阻r=_.(保留两位有效数字)解析:(1)分析题干信息,电源的电动势约为9V,电压表的最大量程为3V,不满足电源电压的要求,需要串联定值电阻组装成大量程的电压表,根据欧姆定律得,U=URVR0+U=9 V,解得定值电阻R0=(U-U)RVU=4k,故C选项正确.(2)实验时,为了保证电源和电表的安全,开

8、始时应让电流最小,即电阻箱阻值应达到最大值.(3)根据闭合电路欧姆定律得,E=3U+3URr,解得1U=3E+3rER,分析图线可知,图线的截距为3E,图线的斜率为3rE,代入数据得电源电动势E=8.6V,r36.答案:(1)C(2)最大值保证电源的安全(3)8.636能力提升1.下列给出多种用伏安法测电池的电动势和内阻的数据处理方法,既能减小偶然误差,又直观、简便的是()A.测出两组I、U的数据,代入方程组E=U1+I1r和E=U2+I2r,求出E和rB.多测几组I、U的数据,求出几组E、r,最后分别求出其平均值C.测出多组I、U的数据,画出U-I图像,再根据图像求出E、rD.多测几组I、U

9、的数据,分别求出I和U的平均值,用电压表测出断路时的路端电压即为电动势E,再用闭合电路欧姆定律求出电池内阻r解析:选项A中仅测量两组数据就求出E、r,偶然误差较大;选项B中计算E、r的平均值虽然能减小误差,但太烦琐;选项D中分别求出I、U的平均值再进行处理的方法是错误的.答案:C2.(多选)如图所示,根据某次实验记录数据画出的U-I图像,下列关于这个图像的说法中正确的是 ()A.纵轴截距表示待测电源的电动势B.横轴截距表示短路电流C.根据r=EI短,计算出待测电源内电阻为12 D.电流为0.3 A时的外电阻是18 解析:图像与纵轴的交点,电流取值为0,此时为断路状态,截距即等于电源电动势,选项

10、A正确;但图像与横轴的交点处,电压等于5.0V,所以0.5A是路端电压为 5.0V 时的电流,而不是短路电流,所以选项B错误;根据r=E-UI得r=2,所以选项C错误;根据R=UI=5.40.3=18,选项D正确.答案:AD3.(多选)某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时,所用滑动变阻器的阻值范围为020 ,连接电路的实物图如图所示.该学生接线中错误的和不规范的做法是()A.滑动变阻器不起变阻作用B.电流表接线有错C.电压表量程选用不当D.电压表接线不妥解析:在实物连线图中,滑动变阻器的两个固定端接入电路了,滑动头没有接,所以移动滑动变阻器滑动端时,不会改变接入电路的电阻大小,滑动变

11、阻器不起变阻作用,所以选项A应选;直流电表只允许电流从电表的正接线柱流入,从负接线柱流出,题图中电流表的正、负接线柱接对了,所以选项B不选;题图中电源由一节干电池充当,电动势是1.5V,所以电压表的量程应选用03V,题图中连接是正确的,所以选项C不选;题图中把电压表直接和电池两端并联,这样即使将开关断开,电压表仍有示数,即开关不能控制通过电压表的电流,且电流从负接线柱流入,从正接线柱流出,所以电压表的接线不妥,选项D应选.答案:AD4.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(放电电流不能太大),电压表(量程大于待测电源电动势),标有刻度的均匀电阻丝ab(电阻约15 ),

12、开关S,一端连有鳄鱼夹P的导线1,其他导线若干.(1)实验中,用导线1、2、3、4、5和6按图甲所示方式连接电路,电路中所有元器件都完好,且电压表已调零.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但几乎不变,则断路的导线为(填数字代号).(3)排除故障之后,闭合开关,改变鳄鱼夹P的位置,读出多组电压表读数U和对应的电阻丝长度L,由测得的数据,绘出了如图乙所示的1U-1L图线,则电源电动势E=_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.(4)若考虑到电压表内阻对测量的影响

13、,则电源电动势的测量值(选填“等于”“大于”或“小于”)真实值.解析:(1)由电路图可知,电压表测量ab左侧部分电阻两端的电压;若开始时P滑到a端,则ab被短路,电源也被短路,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,即导线2、6是完好的;而示数几乎不变,说明P无法与所测左半部分相连,即说明导线1断路.(3)设单位长度的电阻为R0,由闭合电路欧姆定律可得U=ER0L+rR0L,变形可得1U=1E+rER01L,则由题图乙可知1E=0.35 V-1,解得E=2.86V;图像的斜率可求,但由于单位长度的电阻值不知,故无法求出内阻r.(4)可用“等效电源法”分析误差大小,把

14、电源与电压表看成一等效电源,则电动势测量值等于外电路断开时“等效电源”两极间的电压,由于电压表不是理想电表,所以有电流通过“电源”,因而路端电压要小于电动势,所以电动势测量值小于真实值.答案:(1)b(2)1(3)2.86不能(4)小于5.在用电压表和电流表测电池的电动势和内阻的实验中,所用电压表和电流表的内阻分别为1 k和0.1 ,图甲中为实验原理图及所需器件图.(1)在图中画出连线,将器件按原理图连接成实验电路.甲(2)一位同学记录的6组数据见下表,试根据这些数据在图乙中画出U-I图像,根据图像读出电池的电动势E= V,求出的电池内阻r= .I/A0.120.200.310.320.500

15、.57U/V1.371.321.241.181.101.05乙解析:(1)先将电源、开关、电流表、滑动变阻器按照一定顺序连接好,再将电压表并到滑动变阻器与电流表串联电路两端,实物连接如图所示.(2)根据表格中的U、I数据,在方格纸U-I坐标上描点画线,如图所示,连直线时第四组数据(0.32A,1.18V)标出的点明显偏离其他点,误差太大,应该舍去,然后将直线延长,交U轴于U1=1.46V (1.441.48都对),即为电源电动势;交I轴于I=0.64A,注意此时U2=1.00V,由闭合电路欧姆定律得I=E-U2r.所以r=E-U2I=1.46-1.000.64=0.72(0.670.77都对).答案:(1)见解析(2)图见解析1.460.728