高考物理经典习题:第9章电路及其应用 实验十三测量电源的电动势和内阻(含解析)
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1、实验十三测量电源的电动势和内阻1.实验原理闭合电路欧姆定律。2.实验器材电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺。3.实验步骤(1)电流表用0.6 A的量程,电压表用3 V的量程,按图1连接好电路。图1(2)把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端。(3)闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显示数并记录一组数据(I1,U1)。用同样的方法再测量几组I、U值,填入表格中。(4)断开开关,拆除电路,整理好器材。1.用实验数据求E、r的处理方法(1)列方程求解:由UEIr得,解得E、r。(2)用作图法处理数据,如图2所示。图2图线与纵轴交点为E。图线与横轴交点为I短。图线的斜率表
2、示r|。2.注意事项(1)为了使路端电压变化明显,可使用内阻较大的旧电池。(2)电流不要过大,应小于0.5 A,读数要快。(3)要测出不少于6组的(I,U)数据,变化范围要大些。(4)若UI图线纵轴刻度不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电流,内阻应根据r|确定。3.误差来源(1)偶然误差:用图像法求E和r时作图不准确。(2)系统误差:电压表分流。(3)本实验中测量结果是:E测E真,r测r真。命题点一教材原型实验【例1】 (2020山东卷,14)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
3、V,内阻小于1 );电压表V(量程3 V,内阻约3 k);电流表A(量程0.6 A,内阻约1 );滑动变阻器R(最大阻值为20 );定值电阻R1(阻值2 );定值电阻R2(阻值5 );开关一个,导线若干。(1)该小组按照图3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UI坐标纸上描点,如图3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_。(单选,填正确答案标号)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.电流表内阻较小图3(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
4、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。序号1234567I/A0.080.140.200.260.320.360.40U/V1.351.201.050.880.730.710.52请根据实验数据,回答以下问题:图丙上已标出后3组数据对应的坐标点,请在图丙上标出前4组数据对应的坐标点并画出UI图像。根据实验数据可知,所选的定值电阻为_(填“R1”或“R2”)。用笔画线代替导线,请按照改进后的方案,将图丁中的实物图连接成完整电路。答案(1)B(2)如图所示R1如图所示解析(1)路端电压UR,若电源内阻远小于外电路总电阻,则电压表示数总是接近电源的电动势,变化范围小,故B项正确
5、。(2)在坐标纸上根据前4组数据描出对应的坐标点并画出UI图像,见答案图所示。由画出的UI图线知等效电源内阻r2.58 ,表示干电池内阻与定值电阻之和,因此选的定值电阻一定小于2.58 ,故所选电阻应为R1。连接实物图时,从电源正极出发,依次连接各器材,电压表并联在滑动变阻器和电流表两端,注意电流从正接线柱流入,负接线柱流出。【变式1】 2020天津卷9(2)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻,要求测量结果尽量准确。电压表(量程03 V,内阻约为3 k)电流表(量程00.6 A,内阻约为1 )滑动变阻器(020 ,额定电流1 A)待测电池组(电动势约为3 V,内阻约为1 )开关、导
6、线若干该小组连接的实物电路如图4甲所示,经仔细检查,发现电路中有一条导线连接不当,这条导线对应的编号是_。甲改正这条导线的连接后开始实验,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的_端(填“a”或者“b”)。实验中发现调节滑动变阻器时,电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题,在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5 的电阻,之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I,并作出UI图象,如图所示。根据图像可知,电池组的电动势为_V,内阻为_(结果均保留2位有效数字)。乙图4答案5a2.90.80解析应用伏安法测电源电动势和内阻,电压表应测量电源两端的电压,故导线5
7、接滑动变阻器的一端应改接到电源的正极。滑动变阻器起保护电路的作用,因此闭合开关前,应将其接入电路的电阻调为最大值,故滑片P应置于a端。在电池组负极和开关间串联一个阻值为5 的电阻,由闭合电路欧姆定律有UEI(rR),所以UI 图线的纵截距表示电源电动势,E2.9 V,图线斜率的绝对值表示电源内阻与定值电阻串联的总电阻,所以电源内阻为r 0.80 。【变式2】 (20211月河北学业水平选择性考试模拟演练,12)在测量电源电动势和内阻的实验中,实验室提供了如下器材和参考电路:电压表V1(量程3 V,内阻约6 k)电压表V2(量程1 V,内阻约6 k)电流表A1(量程0.6 A,内阻约0.1 )电
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