高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 微專題57 實(shí)驗(yàn) 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

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實(shí)驗(yàn) 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 考點(diǎn)及要求：(1)實(shí)驗(yàn)原理與操作；(2)數(shù)據(jù)處理與誤差分析． 1．用圖1a的電路，可測(cè)量疊層電池“6F22”的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，所用的實(shí)驗(yàn)器材有：電阻箱R(最大阻值999.9 Ω)，電阻R0(阻值為900.0 Ω)，電流表(量程為10 mA，內(nèi)阻為RA＝100.0 Ω)，開關(guān)S. 實(shí)驗(yàn)中，閉合開關(guān)S后，多次調(diào)節(jié)電阻箱，記下電流表的示數(shù)I和電阻箱對(duì)應(yīng)的阻值R，算出與的值見表： R/Ω 17.5 23.1 26.7 36.9 58.1 139.0 /(10－2 Ω－1) 5.71 4.33 3.75 2.71 1.72 0.72 I/mA 2.50 3.00 3.30 4.00 5.00 6.67 (102 A－1) 4.00 3.33 3.03 2.50 2.00 1.50 回答下列問題： (1)根據(jù)圖a用筆畫線代替導(dǎo)線將圖b中的實(shí)驗(yàn)器材連成實(shí)驗(yàn)電路． 圖1 (2)與的關(guān)系式為____________． (3)在圖2的坐標(biāo)紙上將數(shù)據(jù)點(diǎn)描出并作圖． 圖2 (4)根據(jù)圖線求得電源電動(dòng)勢(shì)E＝__________V，內(nèi)阻r＝________Ω.(保留2位有效數(shù)字) 2．某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)，設(shè)計(jì)了圖3甲所示的電路圖，既可以用來測(cè)量電壓表的內(nèi)阻，也可以用來測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．實(shí)驗(yàn)器材有：電源E，電壓表V，電阻箱R1(0～9 999 Ω)，滑動(dòng)變阻器R2，一個(gè)單刀雙擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干． (1)實(shí)驗(yàn)首先測(cè)量電壓表內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①將滑動(dòng)變阻器R2的滑片滑至最左端，同時(shí)將電阻箱R1阻值調(diào)至0 ②將開關(guān)接向1，調(diào)節(jié)R2的滑片，直至電壓表滿偏 圖3 ③保持R2不變，調(diào)節(jié)R1阻值，使電壓表示數(shù)達(dá)滿偏刻度的，讀出此時(shí)電阻箱的阻值記為R，則電壓表的內(nèi)阻RV＝________. ④通過上述方法得到電壓表的內(nèi)阻測(cè)量值________真實(shí)值．(選填“大于”或“小于”) (2)接下來測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．為了保護(hù)電路，該小組同學(xué)又在電路中加上了保護(hù)電阻R0＝25 Ω，如圖乙所示，實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①將滑動(dòng)變阻器R2的滑片滑至最左端，不再移動(dòng)，同時(shí)將電阻箱R1阻值調(diào)至0 ②將開關(guān)接向2，記下電壓表讀數(shù)為3 V ③改變電阻箱R1接入電路的電阻值，讀取電壓表對(duì)應(yīng)的示數(shù)U ④根據(jù)讀取的多組數(shù)據(jù)，小組同學(xué)畫出了圖丙所示的圖像，圖中虛線是圖中曲線的漸近線 ⑤根據(jù)該圖像及測(cè)得數(shù)據(jù)，可求得該電源的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω.(保留兩位有效數(shù)字) 3．某同學(xué)準(zhǔn)備利用下列器材測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻． A．待測(cè)干電池兩節(jié)，每節(jié)電池電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V，內(nèi)阻約幾歐姆 B．直流電壓表V1、V2，量程均為3 V，內(nèi)阻約為3 kΩ C．定值電阻R0，阻值未知 D．滑動(dòng)變阻器R，最大阻值Rm E．導(dǎo)線和開關(guān) (1)根據(jù)如圖4甲所示的實(shí)物連接圖，在圖乙方框中畫出相應(yīng)的電路圖． 圖4 (2)實(shí)驗(yàn)之前，需要利用該電路圖測(cè)出定值電阻R0，方法是先把滑動(dòng)變阻器R調(diào)到最大阻值Rm，再閉合開關(guān)，電壓表V1和V2的讀數(shù)分別為U10、U20，則R0＝________(用U10、U20、Rm表示)． (3)實(shí)驗(yàn)中移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭，讀出電壓表V1和V2的多組數(shù)據(jù)U1、U2，描繪出U2－U1圖像如圖丙所示，圖中直線斜率為k，與橫軸的截距為a，則兩節(jié)干電池的總電動(dòng)勢(shì)E＝________，總內(nèi)阻r＝________(用k、a、R0表示)． 4．在測(cè)量一節(jié)干電池電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r的實(shí)驗(yàn)中，小明設(shè)計(jì)了如圖5甲所示的實(shí)驗(yàn)電路． 甲 乙 丙 圖5 (1)根據(jù)圖甲實(shí)驗(yàn)電路，請(qǐng)?jiān)趫D乙中用筆畫線代替導(dǎo)線，完成實(shí)物電路的連接． (2)實(shí)驗(yàn)開始前，應(yīng)先將滑動(dòng)變阻器的滑片P調(diào)到______(選填“a”或“b”)端． (3)合上開關(guān)S1，S2接圖甲中的1位置，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，記錄下幾組電壓表示數(shù)和對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)；S2改接圖甲中的2位置，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，再記錄下幾組電壓表示數(shù)和對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)． 在同一坐標(biāo)系內(nèi)分別描點(diǎn)作出電壓表示數(shù)U和對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)I的圖像，如圖丙所示，兩直線與縱軸的截距分別為UA、UB，與橫軸的截距分別為IA、IB. ①S2接1位置時(shí)，作出的U－I圖線是圖丙中的________(選填“A”或“B”)線； ②S2接1位置時(shí)，測(cè)出的電池電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r存在系統(tǒng)誤差，原因是__________表(選填“電壓”、“電流”)的示數(shù)偏________(選填“大”、“小”)． 5．研究表明：用納米硅粉和藻朊酸鹽制成的電極的電池，其容量是一般電池的8倍．在測(cè)定一節(jié)該新型電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，所提供的器材有： 待測(cè)該電池一節(jié)(電動(dòng)勢(shì)約為2 V) 電流表G(量程3.0 mA，內(nèi)阻r1＝100 Ω) 電流表A(量程0.6 A，內(nèi)阻r2＝1.0 Ω) 定值電阻R1＝100 Ω 定值電阻R2＝900 Ω 滑動(dòng)變阻器R′(0～50 Ω) 開關(guān)、導(dǎo)線若干 (1)為了更準(zhǔn)確測(cè)出該電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，采用圖6甲所示實(shí)驗(yàn)電路圖，其中定值電阻R應(yīng)選用________(選填“R1”或“R2”)．請(qǐng)根據(jù)你選定的定值電阻完成圖乙中的實(shí)物連接． (2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)出電流表A和電流表G的示數(shù)I和Ig，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)作出Ig－I圖像如圖丙所示，根據(jù)圖像可求得，被測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω.(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)) 　　 甲　　　　　　　　　　　　乙 丙 圖6 答案解析 1．(1)見解析圖 (2)＝＋ (3)見解析圖 (4)9.2(8.7～9.5均對(duì))　46(43～48均對(duì)) 解析　(1)以筆畫線代替導(dǎo)線連接實(shí)物圖時(shí)，注意按電流從電源正極出發(fā)依次連接，連接電流表時(shí)，電流由正接線柱流入，負(fù)接線柱流出，先串聯(lián)再并聯(lián)，如圖所示． (2)電流表與定值電阻串聯(lián)等效為電壓表使用，根據(jù)歐姆定律U＝I(RA＋R0)，由閉合電路歐姆定律E＝U＋(＋I(xiàn))r＝I(RA＋R0＋r＋r)，所以＝＋； (3)用直線擬合各數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，注意使直線盡量多地通過數(shù)據(jù)點(diǎn)，其他點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)大膽舍棄； (4)由(2)中所得解析式可知，圖像斜率k＝，截距b＝，根據(jù)圖像代入斜率和截距可計(jì)算出電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻． 2．(1)③R?、艽笥凇?2)⑤9.0　50 解析　(1)③保持R2不變，調(diào)節(jié)R1阻值，使電壓表示數(shù)達(dá)滿偏刻度的，此時(shí)電阻箱兩端分得電壓為滿偏刻度的，由電路的連接方式可知電壓表的內(nèi)阻RV＝.④由于電阻箱的接入導(dǎo)致電壓偏大，所以電壓表的內(nèi)阻測(cè)量值大于真實(shí)值．(2)在測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中，由題圖乙電路圖可知調(diào)節(jié)R2的滑片滑至最左端不再移動(dòng)，同時(shí)調(diào)節(jié)電阻箱R1阻值為0，將開關(guān)接向2，電壓表讀數(shù)為3 V即為保護(hù)電阻兩端的電壓．由題圖丙可知，電源電動(dòng)勢(shì)為9.0 V，所以電源內(nèi)阻為2R0＝50 Ω. 3．(1)見解析圖　(2)Rm　(3)　 解析　(1)電路圖如圖所示． (2)由(1)圖可知，V2測(cè)量R0與R兩端的電壓，V1測(cè)量R兩端的電壓，則R0兩端的電壓為U20－U10；由歐姆定律可知，R0＝＝Rm (3)由閉合電路歐姆定律可知：E＝U2＋r 變形得：U2＝U1＋E，則有：＝a；＝k，解得：E＝，r＝ 4．(1)見解析圖　(2)a　(3)①B　②電流　小 解析　(1)實(shí)物連線圖如圖所示 (2)為保護(hù)電流表，實(shí)驗(yàn)開始前，應(yīng)將滑片P置于電阻最大的a端； (3)①當(dāng)S2接1位置時(shí)，可把電壓表與電源看做一個(gè)等效電源，根據(jù)閉合電路歐姆定律E＝U斷可知，電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量值均小于真實(shí)值，所以作出的U－I圖線應(yīng)是B線；②測(cè)出的電池電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r存在系統(tǒng)誤差，原因是電壓表的分流，結(jié)果使電流表的讀數(shù)偏?。? 5．見解析 解析　(1)電流表G的內(nèi)阻r1＝100 Ω，串聯(lián)上定值電阻R2＝900 Ω后，就將電流表G改裝成量程為3 V的電壓表．實(shí)物連接如圖所示． (2)表頭的示數(shù)與該支路電阻阻值乘積可作為路端電壓處理，路端電壓U＝Ig(R2＋r1)，將題圖丙轉(zhuǎn)換成路端電壓與電流圖像，如圖所示． 由閉合電路歐姆定律可知：I＝0，U＝E＝1.90 V 由圖像可知：k＝r＋r2＝＝ Ω＝1.5 Ω，電源內(nèi)阻r＝k－r2＝1.5 Ω－1.0 Ω＝0.50 Ω.