2021高考物理一轮复习实验十二测定电池的电动势和内阻练习含解析鲁科版

-1-实验十二测定电池的电动势和内阻1.寒假期间,某课外活动小组用苹果自制了一水果电池组。现在要测量该电池组的电动势和内阻(电动势约为2V,内阻在1kΩ～2kΩ之间),实验室现有如下器材各一个:多用电表:欧姆挡(×1,×10,×100,×1k)直流电流挡(0～0.5mA,0～1mA,0～10mA,0～100mA)直流电压挡(0～0.5V,0～2.5V,0～10V,0～50V,0～250V,0～500V)电压表:(0～3V,0～15V)电流表:(0～0.6A,0～3A)滑动变阻器:R1(0～10Ω),R2(0～2000Ω)开关及导线若干。(1)该小组同学先用多用电表直流电压“0～2.5V”挡,粗测了电池组的电动势,指针稳定时如图甲所示,其示数为________V(结果保留两位有效数字)。(2)为了更精确地测量该电池组的电动势和内阻,采用伏安法测量,应选________测电压,选__________测电流(填电表名称和所选量程);滑动变阻器应选________(填电阻符号)。(3)请设计实验电路,并用笔画线代替导线将图乙中相关器材连成实物电路图。【解析】(1)多用电表读数为1.8V;-2-(2)用伏安法测量该电池组的电动势及内阻,应选用0～3V的电压表测量电压,因为通过水果电池组的最大电流约为I===0.9mA～1.8mA,故选择多用电表直流电流(0～1mA)挡;因为电池组内阻在1kΩ～2kΩ之间,所以滑动变阻器选择R2;(3)实物连线如图所示。答案:(1)1.8(2)电压表(0～3V)多用电表直流电流挡(0～1mA)R2(3)连线图见解析2.两个学习小组分别用下面两种方案测量电源电动势和内阻。(1)方案一用内阻为3kΩ、量程为1V的电压表,保护电阻R0,电阻箱R,定值电阻R1,开关S测量一节干电池的电动势和内阻。①由于干电池电动势约为1.5V,需要把量程为1V的电压表扩大量程。若定值电阻R1可供选择的阻值有1kΩ、1.5kΩ、2kΩ,其中最合适的是__________kΩ。②请在虚线框内画出测量电源电动势和内阻的电路原理图,并完成图(a)中剩余的连线。(2)方案二按照图(b)的电路测量电源电动势和内阻,已知电流表内阻为RA,R1=RA,保护电阻的阻值为R0,若电流表读数为I,则通过电源的电流为__________。根据测得的数据作出了-R图象,图线的斜率为k,纵截距为b,则电源电动势E=__________,内阻r=__________。【解析】(1)①一节干电池的电动势约为1.5V,把量程为1V的电压表串联1.5kΩ的定值电阻改装成量程1.5V即可。-3-②电路图和实物连接图如图所示:(2)由于与电流表并联的定值电阻R1等于电流表内阻RA,若电流表读数为I,则通过电源的电流为2I。根据闭合电路欧姆定律得:E=2I(R+r+R0+),整理得:=R+由=k可得:E=,由b=可得:r=-R0-答案:(1)①1.5②见解析图(2)2I-R0-3.(2020·孝感模拟)现要测电阻R0阻值和干电池组的电动势E及内阻r。给定的器材有:两个理想电压表V(量程均为3V),理想电流表A(量程为0.6A),滑动变阻器R,待测的电阻R0,两节串联的干电池,开关S及导线若干。某同学设计一个如图(a)所示的电路同时测电阻R0阻值和干电池组的电动势及内阻,调节变阻器,两电压表和电流表分别测得多组U1、U2、I的读数,并作出U1-I图(图线1)和U2-I图(图线2),如图(b)。(1)由图可得出电阻R0阻值为________Ω,干电池组的电动势为________V,内阻为________Ω(均保留两位有效数字)。实验中的电压表和电流表不是理想的,电动势的测量值________(选填“偏大”或“偏小”)。(2)若上述电路中少了一个电压表,仍可用一个电路同时测电阻R0阻值和干电池组的电动势E及内阻。请你在虚线框中画出电路图,并完成下列实验步骤:-4-①按电路图连接好电路;②闭合开关S,移动滑片P使滑动变阻器短路,读取两电表读数为U1、I1;③移动滑片P使滑动变阻器不短路,读取两电表读数为U2、I2;④整理器材,数据处理。⑤根据以上数据得出电阻R0=__________,电源参数E=__________,r=__________。【解析】(1)由图可知,图线2中的斜率表示电阻R0的阻值,R0=Ω=4.0Ω;由U=E-I(R0+r)可知,图线1与纵轴的交点表示干电池组的电动势,故E=3.0V;图线1的斜率表示干电池组的内阻与R0的和,故r+R0=Ω=6Ω;故r=6.0Ω-4.0Ω=2.0Ω;当外电路短路时,电流的测量值等于真实值,除此之外,由于电压表的分流作用,电流的测量值小于真实值,干电池组的U-I图象如图所示,由图象可知,干电池组电动势的测量值小于真实值,干电池组内阻测量值小于真实值。(2)根据欧姆定律E=U+Ir,则有E=U1+I1r,E=U2+I2r,解得:E=,r=,R0=答案:(1)4.03.02.0偏小(2)电路图如图所示:-5-⑤4.(2020·南开区模拟)新华中学高三物理兴趣小组的一位同学,发现了一块比较特殊的电池,于是他组织了几位同学利用以下器材来测量该电池的电动势和内阻。A.被测电池(电动势在10～15V之间,内阻未知)B.电阻箱R(0～20Ω)C.定值电阻R0(阻值5Ω)D.电流表A1(量程2A,内阻较小)E.电流表A2(量程0.6A,内阻较小)F.开关G.导线若干实验中为了保护电路,用到了包括电池和定值电阻R0在内的几种实验器材。(1)在虚线框内补充实验原理图,并在图中表明所选器材的符号。(2)同学们利用实验数据作出了通过电源的电流I的倒数和外电路电阻R(R0除外)的关系图线,即-R图线,如图所示。根据图线求出电池的电动势为__________V,内阻为__________Ω。(保留2位有效数字)(3)测量值和真实值相比,电动势和真实值相比________,内阻和真实值相比__________。(均选填“偏大”“相等”或“偏小”)-6-【解析】(1)利用器材来测量电源电动势与内阻,由题意可知,实验中有两个未知内阻的电流表、一个电阻箱、一个开关与一个定值电阻,没有电压表,两电流表内阻未知,不能用电流表与定值电阻组成电压表测电压,因此不能用伏安法测电源电动势与内阻,应该用安阻法测电源电动势与内阻,电源电动势10～15V,为了保护电路安全、进行多次实验测出多组实验数据,电流表应选A1,安阻法测电源电动势与内阻的实验电路如图所示。(2)由实验电路可知,在闭合电路中,电源电动势E=I(r+R0+R),则=+R,由图所示图象可知,图象的截距b==0.5,图象的斜率k====,则电源电动势E==12V,电源内阻r=-R0=0.5×12Ω-5Ω=1.0Ω。(3)考虑电流表内阻对实验的影响,E=I(r+R0+RA+R),=+R,电流表内阻会导致系统误差,使电源内阻测量值和真实值相比偏大,电动势和真实值相比相等。答案:(1)见解析图(2)121.0(3)相等偏大5.在电学实验中,由于电压表、电流表内阻的影响,使得测量结果总存在系统误差。某校课外研究性学习小组进行了消除系统误差的探究实验,下面是一个实例:某探究小组设计了如图1所示的电路,该电路能够测量待测电源的电动势E和内阻r,辅助电源的电动势为E′、内阻为r′,A、B两点间有一灵敏电流计G。实验步骤如下:①闭合开关S1、S2,调节滑动变阻器R和R′,使灵敏电流计的示数为零,读出电流表和电压表的示数I1和U1;②改变滑动变阻器R、R′的阻值,重新使灵敏电流计的示数为零,读出电流表和电压表的示数I2和U2;③重复步骤②,分别记录电流表和电压表的示数。-7-④根据电流表和电压表的示数,描点画出U-I图象如图2所示。回答下面问题:(1)根据步骤①和②测得的数据得到待测电源的电动势和内阻的表达式分别为E=________、r=__________。(2)根据画出的U-I图象得到待测电源电动势E=__________、r=__________(保留一位小数)。【解析】(1)灵敏电流计的示数为零,知A、B两点的电势差为0,则A、B两点电势相等,此时电压表读数等于电源的外电压,电流表示数为通过电源的电流。改变滑动变阻器R、R′的阻值,重新使得灵敏电流计的示数为零,电流表和电压表的示数为I2、U2。根据E=U1+I1r,E=U2+I2r,联立两式解得E=、r=(2)根据U=E-Ir可知,在U-I图象中斜率的绝对值表示电源内阻,截距表示电源电动势可知E=1.5V,r==Ω=1.0Ω答案:(1)(2)1.5V1.0Ω