课标通用2021高考物理一轮复习作业38实验十一测定电源的电动势和内阻含解析

1作业38实验十一测定电源的电动势和内阻-2-一、选择题1．下面给出多种用伏安法测电池电动势和内阻的数据处理方法，其中既能减小偶然误差，又直观、简便的方法是()A．测出两组I、U的数据，代入方程组E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r，求出E、rB．测出多组I、U的数据，求出几组E、r，最后分别求出其平均值C．测出多组I、U的数据，画出U－I图象，再根据图象求出E、rD．测出多组I、U的数据，分别求出I和U的平均值，用电压表测出断路时的路端电压即电动势E，再用闭合电路欧姆定律求出内阻r解析：测出多组I、U的数据，画出U－I图象可消除某次测量不准造成的偶然误差，且方法直观、简便，C正确．答案：C二、非选择题图38－12．某实验小组利用如图38－1所示电路测定一节电池的电动势和内电阻，备有下列器材：①待测电池，电动势约为1.5V(小于1.5V)②电流表，量程3mA③电流表，量程0.6A④电压表，量程1.5V⑤电压表，量程3V⑥滑动变阻器，0～20Ω⑦开关一个，导线若干(1)请选择实验中需要的器材________(填标号)．(2)按电路图将实物(如图38－2所示)连接起来．-3-图38－2图38－3(3)小组由实验数据作出的U－I图象如图38－3所示，由图象可求得电源电动势为______________V，内电阻为____________Ω.解析：(1)电流表量程3mA不能满足实验需要，故选量程为0.6A的电流表；电动势小于1.5V，故选量程为1.5V的电压表．其他都是电路必需器材，故所需器材为：①③④⑥⑦.(2)如图38－4所示．图38－4(3)根据图象得：E＝1.40V，r＝2.8Ω.答案：见解析3．(2017年高考·天津卷)某探究性学习小组利用如图38－5所示的电路测量电池的电动势和内阻．其中电流表A1的内阻r1＝1.0kΩ，电阻R1＝9.0kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联—个R0＝3.0Ω的电阻．图38－5-4-(1)按图38－5电路进行连接后，发现aa′、bb′和cc′三条导线中，混进了一条内部断开的导线．为了确定哪一条导线内部是断开的，将电键S闭合，用多用电表的电压挡先测量a、b′间电压，读数不为零，再测量a、a′间电压，若读数不为零，则一定是________导线断开；若读数为零，则一定是________导线断开．(2)排除故障后，该小组顺利完成实验．通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据，作出图象如图38－6.由I1－I2图象得到电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.图38－6解析：(1)根据U＝IR，导线电阻R等于零，所以良好的同一根导线上任何两点都不会存在电势差，若一根导线两端有电势差，则导线断开．据此可推断出导线是完整的还是断开的．(2)将电流表A1和R1串联当成电压表使用，电压测量值U＝I1(r1＋R1)，根据闭合电路欧姆定律有I1(r1＋R1)＝E－I2(r＋R0)，整理得I1＝Er1＋R1－r＋R0r1＋R1I2，由题图可知，纵轴截距b＝0.14×10－3A＝Er1＋R1，所以电动势E＝0.14×10－3×(1×103＋9×103)V＝1.4V，斜率的绝对值表示r＋R0r1＋R1，即|k|＝0.14－0.05260＝r＋R0r1＋R1，解得r≈0.5Ω.答案：(1)aa′bb′(2)1.4(1.36～1.44均可)0.5(0.4～0.6均可)4．(湖南长沙长郡中学月考)在“测定电源的电动势和内阻”的实验中，备有下列器材：-5-A．待测的干电池一节B．电流表A1(量程0～3mA，内阻Rg1＝10Ω)C．电流表A2(量程0～0.6A，内阻Rg2＝0.1Ω)D．滑动变阻器R1(0～20Ω，1.0A)E．电阻箱R0(0～9999.9Ω)F．开关和导线若干(1)某同学发现上述器材中没有电压表，他想将其中的一个电流表和电阻箱改装成一个电压表，其量程为0～3V，并设计了图38－7所示的a、b两个参考实验电路(虚线框内为改装电压表的电路)，其中合理的是________(填“a”或“b”)电路，此时R0的阻值应取________Ω.图38－7(2)图38－8为该同学根据合理电路所绘出的I1－I2图象(I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数)，根据该图线可得被测干电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.图38－8解析：(1)实验提供的器材中虽然没有电压表，但给出了已知内阻的两个电流表，电路中电流最小约为I＝ER1＝75mA，应选择0～0.6A量程的电流表A2，应将电流表A1串联电阻箱改装成较大量程的电压表使用，即合理的是b；要改装成量程为0～3V的电压表，由欧姆定律有U＝Ig1(Rg1＋R0)，解得R0＝990.0Ω.(2)延长题图38－8中图线，可得图线与纵轴的交点的纵坐标为1.48mA，由闭合电路欧姆定律得E＝I1(Rg1＋R0)＋I2r，即I1＝ERg1＋R0－rRg1＋R0·I2，故ERg1＋R0＝1.48mA，解得E＝1.48V，将(0.45A，1.1mA)代入可得r＝0.84Ω.答案：(1)b990.0-6-(2)1.48(1.46～1.49均可)0.84(0.82～0.87均可)5.某同学要测量一节干电池的电动势和内阻，实验器材仅有一个电压表(内阻很大)、一个电阻箱、一个开关和导线若干，该同学按如图38－9所示电路进行实验，测得的数据如下表所示.实验次数12345R(Ω)2.04.06.08.010.0U(V)1.001.191.271.311.35UR(A)0.500.300.210.160.14(1)根据表中提供的数据，若利用图象确定电池的电动势和内阻，则应作________图象．(填选项前的字母)A．U－URB．R－UC．R－URD.1R－U图38－9图38－10(2)根据(1)，利用测得的数据，在图38－10所示的坐标纸上作出适当的图象．(3)由(2)中作出的图象可知，该干电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.解析：(1)根据表中提供的数据，若利用图象确定干电池的电动势和内阻，则应作U－I图象，即U－UR图象．(2)如图38－11所示．-7-图38－11(3)根据闭合电路欧姆定律可知，电源的电动势等于断路电压，所以由(2)中作出的图象可知，该干电池的电动势E＝1.47V，图象斜率的绝对值表示干电池的内阻，内阻r＝0.94Ω.答案：(1)A(2)如图38－11所示(3)1.47(1.45～1.48均可)0.94(0.92～0.96均可)6．(北京二模)某同学设计了如图38－12所示的电路来测量电源电动势E和内阻r及电阻R1的阻值．图38－12实验器材有：待测电源，待测电阻R1，电压表V(量程0～3V，内阻很大)，电阻箱R(0～99.99Ω)，单刀开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干．(1)先测电阻R1的阻值．请将该同学的操作补充完整：A．闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数R0和对应的电压表示数U1.B．________，将S2切换到b，读出电压表的示数U2.C．则电阻R1的表达式为R1＝________．(2)该同学已经测得电阻R1＝3.2Ω，继续测电源电动势E和内阻r，其做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图38－13所示的1U－1R图线，则电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.-8-图38－13解析：(1)由实验电路图分析可知在切换S2时，应使电路中的电流保持不变，则应保持电阻箱示数不变．S2切换到a时，电压表测量的是电阻箱R两端的电压，则有U1＝IR0，当S2接b时，电压表测量的是电阻箱R和R1两端的电压，则有U2＝I(R0＋R1)，解得R1＝U2－U1U1R0.(2)电阻箱两端的电压U＝ER＋R1＋rR，则1U＝1E＋（R1＋r）E·1R，再由图乙中纵轴截距可得1E＝0.5V－1，得E＝2.0V，图线斜率R1＋rE＝1.5－0.50.5－0Ω/V＝2Ω/V，又知R1＝3.2Ω，解得r＝0.8Ω.答案：(1)保持电阻箱示数不变U2－U1U1R0(2)2.00.87．(凉山二诊)某同学设想运用如图38－14甲所示的实验电路，测量未知电阻Rx的阻值、电流表A的内阻和电源(内阻忽略不计)的电动势，实验过程中电流表的读数始终符合实验要求．(1)为了测量未知电阻Rx的阻值，他在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值调至________(选填“最大”或“最小”)，然后闭合开关K1，将开关K2拨至1位置，调节R2使电流表A有明显读数I0；接着将开关K2拨至2位置．保持R2不变，调节R1，当调节R1＝34.2Ω时，电流表A读数仍为I0，则该未知电阻的阻值Rx＝________Ω.图38－14(2)为了测量电流表A的内阻RA和电源(内阻忽略不计)的电动势E，他将R1的阻值调到R1＝1.5Ω，R2调到最大，将开关K2拨至2位置，闭合开关K1；然后多次调节R2，并在表格中记录下了各次R2的阻值和对应电流表A的读数I；最后根据记录的数据，他画出了如图38－14乙所示的图象，根据你所学知识和题中所给字母写出该图象对应的函数表达式为：-9-________(用题中所给字母表示)；利用图象中的数据可求得，电流表A的内阻RA＝________Ω，电源(内阻忽略不计)的电动势E＝________V.解析：(1)为了保护电路，需要将电阻箱的阻值都调至最大；因为两种情况下电流表示数相同，Rx和R1等效，所以Rx＝R1＝34.2Ω.(2)将电流表看作一个电阻RA，根据闭合电路欧姆定律得：E＝I(R1＋R2＋RA)，解得1I＝1ER2＋R1＋RAE，故1I－R2图象的斜率为1E，则纵轴上的截距为R1＋RAE，代入数据可得：1E＝1－0.52，R1＋RAE＝0.5，解得：E＝4V，RA＝0.5Ω.答案：(1)最大34.2(2)1I＝R2E＋R1＋RAE0.548．某同学要测定一电源的电动势E和内电阻r，实验器材有：一只DIS电流传感器(可视为理想电流表，测得的电流用I表示)，一只电阻箱(阻值用R表示)，一只开关和导线若干．该同学设计了如图38－15甲所示的电路进行实验和采集数据．图38－15(1)该同学设计实验的原理表达式是E＝________(用r、I、R表示)．(2)该同学在闭合开关之前，应先将电阻箱调到________．(填“最大值”“最小值”或“任意值”)，实验过程中，将电阻箱调至如图38－15乙所示位置，则此时电阻箱接入电路的阻值为________Ω.(3)该同学根据实验采集到的数据作出如图38－16所示的1I－R图象，则由图象可求得，该电源的电动势E＝________V，内阻r＝______Ω.(结果均保留两位有效数字)-10-图38－16解析：(1)根据闭合电路欧姆定律，该同学设计实验的原理表达式是E＝I(R＋r)．(2)根据实验的安全性原则，在闭合开关之前，应先将电阻箱调到最大值．根据电阻箱读数规则，电阻箱接入电路的阻值为2×10Ω＋1×1Ω＝21Ω.(3)由E＝I(R＋r)可得1I＝1ER＋1Er.1I－R图象斜率等于1E，E＝6.3V，图象在纵轴截距等于1Er，r＝2.5Ω.答案：(1)I(R＋r)(2)最大值21(3)6.3(6.1～6.5)2.5(2.4～2.6)