版高考物理 知識復(fù)習與檢測 第七章 恒定電流 實驗八 測量電源的電動勢和內(nèi)阻

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1、 實驗八　測量電源的電動勢和內(nèi)阻 1．實驗原理 閉合電路歐姆定律． 2．實驗器材 電池、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標紙和刻度尺． 3．基本操作 (1)電流表用0.6 A的量程，電壓表用3 V的量程，按圖1連接好電路． 圖1 (2)把滑動變阻器的滑片移到使阻值最大的一端． (3)閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1，U1)．用同樣的方法再測量幾組I、U值，填入表格中． (4)斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材． 1．實驗數(shù)據(jù)求E、r的處理方法 (1)列方程求解：由U＝E－Ir得，解得E、r. (2)用作圖法處理數(shù)

2、據(jù)，如圖2所示． 圖2 ①圖線與縱軸交點為E； ②圖線與橫軸交點為I短＝； ③圖線的斜率表示r＝||. 2．注意事項 (1)為了使路端電壓變化明顯，可使用內(nèi)阻較大的舊電池． (2)電流不要過大，應(yīng)小于0.5 A，讀數(shù)要快． (3)要測出不少于6組的(I，U)數(shù)據(jù)，變化范圍要大些． (4)若U－I圖線縱軸刻度不從零開始，則圖線和橫軸的交點不再是短路電流，內(nèi)阻應(yīng)根據(jù)r＝||確定． (5)電流表要內(nèi)接(因為r很小)． 3．誤差來源 (1)偶然誤差：用圖象法求E和r時作圖不準確． (2)系統(tǒng)誤差：電壓表分流. 命題點一　教材原型實驗 例1　用如圖3所示電路測量電源

3、的電動勢和內(nèi)阻．實驗器材：待測電源(電動勢約3 V，內(nèi)阻約2 Ω)，保護電阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，滑動變阻器R，電流表A，電壓表V，開關(guān)S，導(dǎo)線若干． 實驗主要步驟： 圖3 (ⅰ)將滑動變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)； (ⅱ)逐漸減小滑動變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)U和相應(yīng)電流表的示數(shù)I； (ⅲ)以U為縱坐標，I為橫坐標，作U－I圖線(U、I都用國際單位)； (ⅳ)求出U－I圖線斜率的絕對值k和在橫軸上的截距a. 回答下列問題： (1)電壓表最好選用________；電流表最好選用______． A．電壓表(0～3 V，內(nèi)阻約15 k

4、Ω) B．電壓表(0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ) C．電流表(0～200 mA，內(nèi)阻約2 Ω) D．電流表(0～30 mA，內(nèi)阻約2 Ω) (2)滑動變阻器的滑片從左向右滑動，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大．兩導(dǎo)線與滑動變阻器接線柱連接情況是________． A．兩導(dǎo)線接在滑動變阻器電阻絲兩端的接線柱 B．兩導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿兩端的接線柱 C．一條導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱 D．一條導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲右端接線柱 (3)選用k、a、R1和R2表示待測電源的電動勢E和內(nèi)阻r的表達式E＝________，r＝_

5、_______，代入數(shù)值可得E和r的測量值． 答案　(1)A　C　(2)C (3)ka　k－R2 解析　(1)電壓表內(nèi)阻越大，分流越小，誤差也就越小，所以選內(nèi)阻較大的電壓表A；當滑動變阻器接入電阻最小時通過電流表電流最大，此時通過電流表電流大小約為I＝≈176 mA，所以選量程為200 mA的電流表C. (2)由電路分析可知，若滑動變阻器的滑片右移電壓表示數(shù)變大，則滑動變阻器接入電路部分阻值增大，選項C符合題意． (3)由E＝U＋I(r＋R2)，得U＝－I(r＋R2)＋E，對比伏安特性曲線可知，圖象斜率的絕對值k＝r＋R2，所以電源內(nèi)阻r＝k－R2；令U＝0，得I＝＝，由題意知與橫軸

6、截距為a，所以a＝I＝，則E＝ka. 1．利用圖4所示的電路測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，要求盡量減小實驗誤差．供選擇的器材有： 圖4 A．電流表A(0～0.6 A) B．電壓表V1(0～3 V) C．電壓表V2(0～15 V) D．滑動變阻器R1(0～20 Ω) E．滑動變阻器R2(0～200 Ω) F．定值電阻R0＝1 Ω G．開關(guān)一個，導(dǎo)線若干 (1)實驗中電壓表應(yīng)選用________，滑動變阻器應(yīng)選用________(選填相應(yīng)器材前的字母)． (2)閉合開關(guān)，電壓表和電流表均有示數(shù)，但是無論怎么移動滑動變阻器的滑片，電壓表的讀數(shù)變化都非常小．同學們討論后，

7、在原電路的基礎(chǔ)上又加了一個定值電阻R0，問題得到解決．請你在虛線框內(nèi)畫出改進后的電路圖． 某位同學記錄了6組數(shù)據(jù)，對應(yīng)的點已經(jīng)標在坐標紙上．在圖5坐標紙上畫出U－I圖線，并根據(jù)所畫圖線可得出干電池的電動勢E＝______ V，內(nèi)電阻r＝________ Ω.(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 圖5 答案　(1)B　D　(2)見解析圖　1.5　0.14(0.13～0.18) 解析　(1)由于干電池的電動勢為1.5 V，所以應(yīng)選電壓表B，C的量程太大，誤差太大；選用小的滑動變阻器便于操作，故選D. (2)電路圖如圖甲所示，U－I圖線如圖乙所示 圖象的縱截距表示電源電動勢，故有E＝1.5

8、 V，所以內(nèi)阻為r＝ Ω－1 Ω≈0.14 Ω. 2．利用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻．要求盡量減小實驗誤差． (1)應(yīng)該選擇的實驗電路是圖6中的________(選填“甲”或“乙”)． 圖6 (2)現(xiàn)有電流表(0～0.6 A)、開關(guān)和導(dǎo)線若干，以及以下器材： A．電壓表(0～15 V) B．電壓表(0～3 V) C．滑動變阻器(0～50 Ω) D．滑動變阻器(0～500 Ω) 實驗中電壓表應(yīng)選用__________；滑動變阻器應(yīng)選用__________．(選填相應(yīng)器材前的字母) (3)某位同學記錄的6組數(shù)據(jù)如表所示，其中5組數(shù)據(jù)的對應(yīng)點已經(jīng)標在圖7中，請

9、標出余下一組數(shù)據(jù)的對應(yīng)點，并畫出U－I圖線. 序號 1 2 3 4 5 6 電壓U(V) 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10 電流I(A) 0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480 圖7 (4)根據(jù)(3)中所畫圖線可得出干電池的電動勢E＝________ V，內(nèi)電阻r＝________ Ω. (5)實驗中，隨著滑動變阻器滑片的移動，電壓表的示數(shù)U及干電池的輸出功率P都會發(fā)生變化．下列示意圖中正確反映P－U關(guān)系的是________． 答案　(1)甲　(2)B　C　(3)如圖所示　(4)

10、1.50(1.49～1.51)　0.83(0.81～0.85)　(5)C 解析　(1)干電池內(nèi)阻相對一般電流表內(nèi)阻而言較小，為減小電流表分壓帶來的系統(tǒng)誤差，故應(yīng)選甲． (2)干電池電動勢約為1.5 V，電壓表選B可減小讀數(shù)誤差．滑動變阻器應(yīng)選C，若選D，由于總阻值較大，則滑片滑動時移動范圍小，不便調(diào)節(jié)． (3)圖線應(yīng)為直線，作圖時使盡量多的點在線上，不在線上的點應(yīng)均勻分布在線的兩側(cè)，誤差較大的點舍去． (4)由U＝E－Ir可得圖象上的縱軸截距E＝1.50 V，斜率的絕對值r≈0.83 Ω. (5)輸出功率P＝UI＝－(U－)2＋，應(yīng)為開口向下的拋物線，C正確． 3．手機、電腦等

11、電器已經(jīng)普及到人們的日常生活中，這些電器都要用到蓄電池．某同學利用下列器材測定一節(jié)蓄電池的電動勢和內(nèi)阻．蓄電池的電動勢約為3 V. A．量程是0.6 A，內(nèi)阻約為0.5 Ω的電流表； B．量程是3 V，內(nèi)阻是6 kΩ的電壓表； C．量程是15 V，內(nèi)阻是30 kΩ的電壓表； D．阻值為0～1 kΩ，額定電流為0.5 A的滑動變阻器； E．阻值為0～10 Ω，額定電流為2 A的滑動變阻器； F．定值電阻4 Ω，額定功率4 W； G．開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干． (1)為了減小實驗誤差，電壓表應(yīng)選擇________(填器材代號)，圖8中的導(dǎo)線應(yīng)連接到________處(填“①”或“②”)

12、，改變滑動變阻器阻值的時候，為了使電壓表和電流表的讀數(shù)變化比較明顯，滑動變阻器應(yīng)選擇________(填器材代號)． 圖8 (2)用(1)問中的實驗電路進行測量，讀出電壓表和電流表的讀數(shù)，畫出對應(yīng)的U－I圖線如圖9所示，由圖線可得該蓄電池的電動勢E＝______ V，內(nèi)阻r＝______ Ω.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖9 答案　(1)B?、佟　(2)3.2　1.3　 解析　(1)蓄電池的電動勢約為3 V，電壓表C的量程太大，選電壓表B.導(dǎo)線接①處，與電池串聯(lián)的定值電阻阻值已知，有利于準確測出電池的內(nèi)阻．電流表量程為0.6 A，由R＝得回路中的總電阻不能小于5 Ω，滑動變阻

13、器D總阻值太大，操作不方便，滑動變阻器選E.(2)由圖線在縱軸上的截距可得蓄電池的電動勢E＝3.2 V，圖線斜率的絕對值|k|≈5.3 Ω，減去與電池串聯(lián)的定值電阻的阻值4 Ω，可得電池的內(nèi)阻r＝1.3 Ω. 命題點二　實驗拓展創(chuàng)新 例2　圖10甲是利用兩個電流表A1和A2測量干電池電動勢E和內(nèi)阻r的電路原理圖．圖中S為開關(guān)，R為滑動變阻器，定值電阻R1和A1內(nèi)阻之和為10 000 Ω(比r和滑動變阻器的總電阻都大得多)，A2為理想電流表． (1)按電路原理圖在圖乙虛線框內(nèi)各實物圖之間畫出連線． 圖10 (2)在閉合開關(guān)S前，將滑動變阻器的滑動端c移動至________(填“a端

14、”“中央”或“b端”)． (3)閉合開關(guān)S，移動滑動變阻器的滑動端c至某一位置，讀出電流表A1和A2的示數(shù)I1和I2.多次改變滑動端c的位置，得到的數(shù)據(jù)為： I1(mA) 0.120 0.125 0.130 0.135 0.140 0.145 I2(mA) 480 400 320 232 140 68 在圖11所示的坐標紙上以I1為縱坐標、I2為橫坐標畫出所對應(yīng)的I1－I2圖線． 圖11 (4)利用所得圖線求得電源的電動勢E＝________ V，內(nèi)阻r＝________ Ω.(均保留兩位小數(shù)) (5)該電路中電源輸出的短路電流Im＝_______

15、_ A．(保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)見解析圖　(2)b端　(3)見解析圖　(4)1.49(1.48～1.50)　0.60(0.55～0.65)　(5)2.5(2.3～2.7) 解析　(1)連線如圖所示． (2)實驗前滑動變阻器接入電路電阻值應(yīng)最大． (3)如圖所示． (4)由圖線上讀出兩組數(shù)值，代入E＝I1(R1＋RA1)＋(I1＋I2)r構(gòu)成方程組聯(lián)立求解E和r. (5)短路電流Im＝. 4．某同學準備利用下列器材測量干電池的電動勢和內(nèi)阻． A．待測干電池一節(jié)，電動勢約為1.5 V，內(nèi)阻約為幾歐姆 B．直流電壓表V，量程為3 V，內(nèi)阻非常大 C．定值電阻

16、R0＝150 Ω D．電阻箱R E．導(dǎo)線和開關(guān) 根據(jù)如圖12甲所示的電路連接圖進行實驗操作．多次改變電阻箱的阻值，記錄每次電阻箱的阻值R和電壓表的示數(shù)U.在－R坐標系中描出的坐標點如圖乙所示． 圖12 (1)分別用E和r表示電源的電動勢和內(nèi)阻，則與R的關(guān)系式為_______________________． (2)在圖乙坐標紙上畫出－R關(guān)系圖線． (3)根據(jù)圖線求得斜率k＝________ V－1·Ω－1，截距b＝________ V－1(保留兩位有效數(shù)字)． (4)根據(jù)圖線求得電源電動勢E＝________ V，內(nèi)阻r＝________ Ω(保留三位有效數(shù)字)． 答

17、案　(1)＝R＋　(2)見解析圖　(3)4.4×10－3(4.2×10－3～4.6×10－3)　0.70(0.69～0.71)　(4)1.52(1.45～1.55)　9.09(7.50～10.5) 解析　(1)由閉合電路歐姆定律可知：E＝U＋(R＋r)，整理可知＝R＋. (2)作圖如圖所示． (3)根據(jù)圖線求得斜率k＝　V－1·Ω－1≈4.4×10－3 V－1·Ω－1，截距b＝0.70 V－1. (4)由方程可知＝k＝4.4×10－3 V－1·Ω－1，＝b＝0.70，解得E≈1.52 V；r≈9.09 Ω. 5．某同學設(shè)想運用如圖13甲所示的實驗電路，測量未知電阻Rx的阻值、電流

18、表A的內(nèi)阻和電源(內(nèi)阻忽略不計)的電動勢，實驗過程中電流表的讀數(shù)始終符合實驗要求． (1)為了測量未知電阻Rx的阻值，他在閉合開關(guān)之前應(yīng)該將兩個電阻箱的阻值調(diào)至________(填“最大”或“最小”)，然后閉合開關(guān)K1，將開關(guān)K2撥至1位置，調(diào)節(jié)R2使電流表A有明顯讀數(shù)I0；接著將開關(guān)K2撥至2位置．保持R2不變，調(diào)節(jié)R1，當調(diào)節(jié)R1＝34.2 Ω時，電流表A讀數(shù)仍為I0，則該未知電阻的阻值Rx＝________ Ω. (2)為了測量電流表A的內(nèi)阻RA和電源(內(nèi)阻忽略不計)的電動勢E，他將R1的阻值調(diào)到R1＝1.5 Ω，R2調(diào)到最大，將開關(guān)K2撥至2位置，閉合開關(guān)K1；然后多次調(diào)節(jié)R2，并

19、在表格中記錄下了各次R2的阻值和對應(yīng)電流表A的讀數(shù)I；最后根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，他畫出了如圖乙所示的圖象，根據(jù)你所學知識和題中所給字母寫出該圖象對應(yīng)的函數(shù)表達式為：____________；利用圖象中的數(shù)據(jù)可求得，電流表A的內(nèi)阻RA＝______ Ω，電源(內(nèi)阻忽略不計)的電動勢E＝________ V. 圖13 答案　(1)最大　34.2　(2)＝＋　0.5　4 解析　(1)為了保護電路，需要將電阻箱的阻值都調(diào)至最大，因為兩種情況下電流表示數(shù)相同，Rx和R1等效，所以Rx＝R1＝34.2 Ω. (2)根據(jù)閉合電路歐姆定律得：E＝I(R1＋R2＋RA)，解得＝R2＋，故－R2圖象的斜率為，則縱截距為，代入數(shù)據(jù)可得：＝，＝0.5，解得E＝4 V，RA＝0.5 Ω. 12