2018届高考物理一轮复习实验9测定电源电动势和内阻课时知能训练剖析
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实验九测定电源电动势和内阻
1．(双选)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0～20 Ω，连接电路的实物图如图7－5－4所示．该学生接线中错误的和不规范的做法是( )
图7－5－4
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】由图中接线可知，滑动变阻器能起到变阻作用，电流表正、负极连错，电压表始终有读数，电压表量程为3 V符合实验要求，电压表接线应接到开关外侧，故B、D两项中不规范．
【答案】BD
图7－5－5
2．用图7－5－5所示电路，测量一节干电池的电动势和内阻．电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：
A．电流表(量程0.6 A、3 A)；
B．电压表(量程3 V、15 V)；
C．定值电阻(阻值1 Ω、额定功率5 W)；
D．定值电阻(阻值10 Ω、额定功率10 W)；
E．滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω、额定电流2 A)；
F．滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω、额定电流1 A)．
那么： (1)要正确完成实验，电压表的量程应选择________ V，电流表的量程应选择________ A；R0应选择________ Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是________ Ω的滑动变阻器．
(2)引起该实验系统误差的主要原因是_______________________________.
【解析】(1)由于一节干电池的电动势为1.5 V，故选量程为3 V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几欧左右，加上保护电阻，最大电流在0.5 A左右，所以选量程为0.6 A的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取0～10 Ω能很好地控制电路中的电流和电压，若取0～100 Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象．
(2)系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小．本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测＜E真，r测＜r真．
【答案】(1)3 0.6 1 0～10 (2)由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小
3．用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻提供的器材如图7－5－6(a)所示．
图7－5－6
(1)用实线代表导线把图(a)中的实物连接成测量电路．(两节干电池串联作为电源，图中有部分线路已连好)
(2)图(b)中的6个点表示实验测得的6组电流I、电压U的值，按照这些实验值作出UI 图线，由此图线求得的每节电池电动势E＝________V，每节电池的内阻r＝________Ω.(取3位有效数字)
【解析】(1)测量电路的实物连接图如图甲所示．
(2)按照实验值作出的U I 图线如图乙所示．从图象可以得出，图线在U 轴上的截距为
2.96 V ，则每节电池的电动势为：E ＝12×2.96 V＝1.48 V ．图线斜率的绝对值为：k ＝2.96－2.01.32
≈0.727.即电源的内阻为：r 电＝0.727 Ω，每节电池的内阻为：r ＝12
r 电＝0.364 Ω. 【答案】 (1)见解析图 (2)U I 图线见解析 1.48 0.364
4．某研究性学习小组利用图7－5－7甲所示电路测量电池组的电动势E 和内阻r .根据
实验数据绘出如图乙所示的R 1I
图线，其中R 为电阻箱读数，I 为电流表读数，由此可以得到：E ＝________V ，r ＝________Ω.
图7－5－7
【解析】 由E ＝I (R ＋r )得，R ＝E I －r ，则R －1I
图象的斜率即为电池组电动势的大小，即E ＝2.4(或2.5) V ，图象纵轴截距的绝对值为电池组的内阻r ＝1 Ω.
【答案】 2.4(或2.5) 1
5．用电流传感器和电压传感器可测干电池的电动势和内电阻．改变电路的外电阻，通过电压传感器和电流传感器测量不同工作状态的路端电压和电流，输入计算机，自动生成U I 图线，由图线得出电动势和内电阻．
(1)记录数据后，打开“坐标绘图”界面，设x 轴为“I ”，y 轴为“U ”，点击直接拟合，就可以画出U I 图象，得实验结果如图7－5－8甲所示．根据图线显示，拟合直线方程为：______，测得干电池的电动势为________V ，干电池的内电阻为________Ω.
图7－5－8
(2)现有一小灯泡，其UI特性曲线如图乙所示，若将此小灯泡接在上述干电池两端，小灯泡的实际功率是多少？(简要写出求解过程；若需作图，可直接画在方格图中)．【解析】(1)设直线方程为y＝ax＋b，把坐标(0,1.5)和(0.75，0)代入方程解得：a ＝－2，b＝1.5，得出直线方程为y＝－2x＋1.5；由闭合电路的欧姆定律得：E＝IR＋Ir＝U ＋Ir，对比图象可得：E＝1.5 V，r＝2 Ω.
(2)在小灯泡的UI特性曲线坐标纸上作出电源的UI图线，如图所示，两图线的交点即为小灯泡接在该电源上工作时的电压与电流，由图象知，U＝0.90 V，I＝0.30 A，所以小灯泡工作时的功率为P＝UI＝0.90×0.30 W＝0.27 W.
【答案】(1)y＝－2x＋1.5 1.5 2 (2)见解析
6．(2013·湖南长沙)为了撰写关于废旧电池的暑期实践报告，某学校课题研究小组收集了数码相机、手机等用旧了的各种类型的电池及从废旧收音机上拆下的电阻、电容、电感线圈等电路元件．现从这些材料中选取两个待测元件，一是电阻R0(约为2 kΩ)，二是手机中常用的锂电池(电动势E标称值为3.7 V，允许最大放电电流为100 mA)．在操作台上还准备了如下实验器材：
A．电压表V(量程4 V，电阻R V约为4.0 kΩ)
B．电流表A1(量程100 mA，电阻R A1约为5 Ω)
C．电流表A2(量程2 mA，电阻R A2约为50 Ω)
D．滑动变阻器R1(0～40 Ω，额定电流1 A)
E．电阻箱R2(0～999.9 Ω)
F．开关S一只、导线若干
图7－5－9
(1)为了测定电阻R 0的阻值，小组的一位成员，设计了如图7－5－9所示的电路原理图，所选取的相应的器材(电源用待测的锂电池)均标在图上，其他成员发现他在器材选取中有不妥之处，你认为应该怎样调整？
(2)在实际操作过程中，发现滑动变阻器R 1、电流表A 1已损坏，请用余下的器材测量锂电池的电动势E 和内阻r .
①请你在方框中画出实验电路图(标注所用器材符号)；
②为了便于分析，一般采用线性图象处理数据，请写出与线性图象对应的相关物理量间
的函数关系式：1U
＝________. 【解析】 (1)待测电阻约2 k Ω，用3.7 V 电池供电时最大电流约为I m ＝E R ＝1.85×10－3 A ＝1.85 mA ，因此电流表用A 1量程太大，换用A 2表．
(2)①A 1损坏，A 2量程太小，因此只有电压表可作测量仪器．只有一块电表时电阻应选用电阻箱或至少两只已知阻值的固定电阻，电压表测路端电压．
②由于没有电流表，所测数据为路端电压U 和电阻箱的阻值R 2，由E ＝U ＋U R 2r 得出路端
电压U 与R 2的线性函数关系式：1U ＝1E ＋r E ·1R 2
. 【答案】 (1)换用A 2表 (2)电路图见解析 1E ＋r E ·1R 2。
