2019-2020年高中物理 每日一题之快乐暑假 第19天 实验：测定电池的电动势和内阻（含解析）新人教版选修1.doc

2019-2020年高中物理 每日一题之快乐暑假 第19天 实验：测定电池的电动势和内阻（含解析）新人教版选修1考纲要求：难易程度：用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材：待测电源（电动势约3 V，内阻约2 ），保护电阻R1（阻值10 ）和R2（阻值5 ），滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。实验主要步骤：（a）将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；（b）减小滑动变阻器在电路中的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；（c）以U为纵坐标，I为横坐标，作UI图线（U、I都用国际单位）；（d）求出UI图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。回答下列问题：（1）电压表最好选用_；电流表最好选用_A电压表（03 V，内阻约15 k）B电压表（03 V，内阻约3 k）C电流表（0200 mA，内阻约2 ）D电流表（030 mA，内阻约2 ）（2）滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大，两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是_。A两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱C两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱D一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱（3）选用k、a、Rl、R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E=_，r=_，代入数值可得E和r的测量值。【参考答案】（1）A C （2）B （3）ka kR2【试题解析】（1）电压表并联在电路中，故电压表内阻越大，分流越小，误差也就越小，因此应选内阻较大的电压表A；当滑动变阻器接入电阻最小时，通过电流表电流最大，此时通过电流表电流大小约为，因此，电流表选择C；（3）由闭合电路欧姆定律可知U=EI(r+R2)，对比伏安特性曲线可知，图象的斜率为k=r+R2；则内阻r=kR2；令U=0，则有，由题意可知，图象与横轴截距为a，则有：，解得E=ka。【知识补给】测定电池的电动势和内阻的规律方法总结1实验数据求E、r的处理方法（1）列多个方程组求解，再求E、r的平均值。（2）图象法处理：以端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建系、描点、连线，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r。2注意事项（1）为了使端电压变化明显，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（U，I）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，应根据r=确定。（5）电流表要内接（因为r很小）。3误差来源（1）偶然误差：用图象法求E和r时作图不准确。（2）系统误差：电压表分流或电流表分压。在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中。（1）备有如下器材A干电池1节B滑动变阻器（020 ）C滑动变阻器（01 k）D电压表（03 V）E电流表（00.6 A）F电流表（03 A）G开关、导线若干其中滑动变阻器应选_，电流表应选_。（只填器材前的序号）（2）某同学根据实验数据画出的UI图象如图所示，由图象可得电池的电动势为_ V，内电阻为_。用两个定值电阻和电压表可以测量电源的电动势（约3 V）和内阻。提供的主要器材有：电阻R1（2.0 ）、R2（9.0 ）、待测电源、电压表、开关S1、单刀双掷开关S2、导线若干，实验电路如图甲所示。（1）根据电路图，将未连接完整的实物图连接完整。（2）闭合开关S1，开关S2分别接到R1、R2两电阻，电压表的读数分别为2.0 V、2.7 V，则测得电动势为_V，内阻为_ 。（结果保留两位有效数字）某同学想测量某电池的电动势E和内阻r，选用器材如下：电流表A1（量程50 mA，内阻RA1约为10 ）电流表A2（双量程，一量程为20 mA，另一量程200 mA）电阻箱R（0999.9 ）定值电阻R0（阻值为4.0 ）开关两个、导线若干该同学设计了如图所示电路，并进行如下操作：（1）实验中电流表A2选择_量程。（2）将开关S1闭合，S2断开，调整电阻箱R，记下电流表A1、A2的示数I1=30.0 mA、I2=120 mA，则电流表A1的内阻RA1=_。（结果保留一位小数）（3）保持S1闭合，再闭合S2，调整电阻箱R，记下电阻箱阻值分别为30.0 、90.0 时对应的电流表A1的示数分别为25.0 mA、10.0 mA。由此可求得E=_V，r=_。（计算结果保留两位有效数字）在测定电源电动势和内电阻的实验中，实验室提供了合适的的实验器材。图a 图b 图c（1）甲同学按图a中的实线连接电路进行实验，其中定值电阻的作用是_。由电压表读数U和电流表读数I，画出UI图线如图b所示，可得电源的电动势E=_V，内电阻r=_。（结果保留2位有效数字）（2）乙同学因为粗心，多连接了一根导线，如图a中的虚线所示。由电压表的读数U和电流表的读数I，画出UI图线如图c所示。乙同学分析了图象出现异常的原因后，认为由图c也可以达到实验目的，则由图c可得电源的电动势E=_V，内电阻r=_。（结果保留2位有效数字）某实验小组设计了如图甲所示的实验电路，电路中的各个器材元件的参数为电池组（电动势约9 V，内阻r约6 ）、电流表（量程2.0 A，内阻rA =1.4 ）、电阻箱R1（099.9 ）、滑动变阻器R2（0R）、开关三个及导线若干。他们认为该电路可以用来测电源的电动势、内阻和R2接入电路的阻值。（1）同学甲先利用该电路准确地测出了R2接入电路的阻值。他的主要操作步骤：先将滑动变阻器滑片调到某位置，接着闭合S、S2，断开S1，读出电流表的示数I；再闭合S、S1，断开S2，调节电阻箱的电阻值为4.0 时，电流表的示数也为I。此时滑动变阻器接入电路的阻值为_。（2）同学乙接着利用该电路测出了电源电动势和内电阻。他的实验步骤：a在闭合开关前，调节电阻R1或R2至_（选填“最大值”或“最小值”），之后闭合开关S，再闭合_（选填“S1”或“S2”）；b调节电阻_（选填“R1”或“R2”），得到一系列电阻值R和电流I的数据；c断开开关，整理实验仪器。图乙是他由实验数据绘出的图象，由此可得电源电动势E= _V，内阻r= _。（计算结果保留两位有效数字）【参考答案】（1）B E （2）1.5 （1）为了操作方便，应选择较小的滑动变阻器，故选用B，电路中电流较小，所以选用电流表E；（2）根据，可知UI图象纵轴截距即为电动势，图象斜率绝对值即为内阻r，所以E=1.5 V，。（1）如图所示（2）3.0 1.0（1）根据电路图连接实物电路图，如图所示：（2）在闭合电路中，电源电动势：根据实验数据得：及，解得：E=3.0 V，r=1.0 。（1）200 mA （2）12.0 （3）4.0 7.0（1）由电路图可知，当开关断开时，A2与并联部分串联，则A2电流应大于A1中电流，故A2量程应选择大于50 mA，故选200 mA；（2）根据串并联电路规律可知，流过定值电阻的电流I=120 mA30 mA=90 mA，并联电路的电压U=IR0，则电流表A1内阻；（3）电流表A1和电阻R0的并联电阻为，由串并联电路的特点和闭合电路欧姆定律可得，代入数据解得E=4.0 V，r=7.0 。（2）由乙同学的电路接法可知，滑动变阻器左右两部分并联后与定值电阻串联，则可知，在滑片移动过程中，滑动变阻器接入电阻先增大后减小，则路端电压先增大后减小，所以出现图c所示的图象，则由图象可知，当电压为2.5 V时，电流为0.5 A，此时两部分电阻相等，则总电流为I1=1 A；而当电压为2.4 V时，电流分别对应0.33 A和0.87 A，则说明当电压为2.4 V时，干路电流为I2=0.33 A+0.87 A=1.2 A；则根据闭合电路欧姆定律可得：2.5=Er，2.4=E1.2r，解得：E=3.0 V，r=0.50 。（1）4.0 （2）最大值 S1 R1 9.0 5.8（1）用等值替代法可测出R2接入电路的阻值，电阻箱的示数等于接入电路的阻值为4.0 ；（2）要用电阻箱与电流表结合测量电动势与内阻，则要改变电阻箱的值，则在闭合开关前，调节电阻R1或R2至最大值，之后闭合开关S，再闭合S1。调节电阻R1得到一系列电阻值R和电流I的数据；由闭合电路欧姆定律可得，即；由上式可知：图线的斜率是电动势的倒数，图象的斜率为，可得E=9.0 V，图线在纵轴上的截距是，可得。