江苏省高考物理复习配套检测：第八章 实验八 测量电源的电动势和内阻

实验八:测量电源的电动势和内阻1.(原创)某同学用图1所示的原理图来测定某电源的电动势和内阻.实验时调节电阻箱的阻值并读出相应的电流值.通过多次实验最后得到了如图2所示的-图象.已知R0=8Ω.试分析下列问题.图1图2图3图4(1)请根据图1将图3所示的实物图连接好.(2)某此实验中电阻箱的示数如图4所示,则实验中电阻箱的阻值为R=Ω.(3)图线的斜率是k=A-1/Ω-1,图象在纵轴上的截距为a=Ω-1;由此可得电池电动势E=V,电源的内阻r=Ω.(k、E、r计算保留三位有效数字)2.(2015·江苏卷)小明利用如图甲所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻.甲(1)图甲中电流表的示数为A.(2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下:U/V1.451.361.271.161.06I/A0.120.200.280.360.44请根据表中的数据,在坐标系中作出U-I图线.乙由图线求得电动势E=V,内阻r=Ω.(3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合.其实,从实验误差考虑,这样的操作不妥,因为.3.(2016·无锡一模)某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:一个满偏电流为100μA、内阻为2500Ω的表头,一个开关,两个电阻箱(0~999.9Ω)和若干导线.(1)由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50mA的电流表,则应将表头与电阻箱(填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为Ω.(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量,实验电路如图甲所示,通过改变电阻R测相应的电流I,且作相关计算后一并记录如下表:123456R/Ω95.075.055.045.035.025.0I/mA15.018.724.829.536.048.0IR/V1.431.401.361.331.261.20/A-166.753.540.333.927.820.8从表格中给定的量任选两个作为纵轴和横轴的变量,在图乙中作出相应图线;并根据图线求出电池的电动势E=V,内阻r=Ω.甲乙4.(2016·南通、泰州、扬州、淮安二模)测量电源的电动势和内阻,提供的器材如下:A.待测电源(电动势约为8V、内阻约为2Ω)B.电压表V(0~3V、内阻约3kΩ)C.电流表A(0~1A)D.电阻箱R(0~99999.9Ω)E.滑动变阻器(0~20Ω)F.滑动变阻器(0~100Ω)G.开关、导线若干甲乙(1)采用图甲所示电路测量电压表的内阻RV.调节电阻箱R,使电压表指针满偏,此时电阻箱示数为R1;再调节电阻箱R,使电压表指针指在满刻度的一半处,此时电阻箱示数为R2.①电压表内阻RV=.②关于上述实验,下列说法中正确的有.A.实验中电源可使用待测电源B.闭合开关S前,应将电阻箱阻值调到最小C.调节电压表满偏时,电阻箱的阻值是逐渐增大的D.实验中忽略了电源的内阻,会使测量值偏大(2)若测得电压表内阻RV=3010Ω,与之串联R=Ω的电阻,将电压表的量程变为9V.(3)为测量电源的电动势和内阻,请用笔画线代替导线,将图乙电路连接完整.实验中,滑动变阻器应选择(填“E”或“F”),并指出产生实验误差的一个原因:.5.(2016·苏北四市三模)某物理实验小组利用实验室提供的器材测定电压表V1的内阻,可选用的器材如下:A.待测电压表V1:量程3V、内阻约3kΩB.电压表V2:量程15V、内阻约20kΩC.电流表A:量程3A、内阻约0.1ΩD.定值电阻R0:9.0kΩE.滑动变阻器R1:0~200ΩF.滑动变阻器R2:0~2kΩG.电源E:电动势约为12V、内阻忽略不计H.开关、导线若干(1)现用多用电表测电压表V1的内阻,选择倍率“×100”挡,其他操作无误,多用电表表盘示数如图所示,则电压表V1的内阻约为Ω.(2)为了准确测量电压表V1的内阻,两位同学根据上述实验器材分别设计了如图甲和图乙两个测量电路,你认为(填“甲”或“乙”)更合理,并在实物图中用笔画线代替导线将电路图补充完整.甲乙(3)该实验中滑动变阻器应该选用(填“R1”或“R2”).(4)用已知量R0和V1、V2的示数U1、U2来表示电压表V1的内阻=.图16.(改编)某同学现在要测量一节电池的电动势E和内阻r.他设计了如图1所示的实验原理图,从电流表的说明书中发现在实验中的电流表内阻与电源内阻相差不是很大,他的实验步骤如下:(1)按图1连接实验电路,实验时先将开关S1闭合,然后再将开关S2接到1接线位置.(2)改变滑动变阻器的滑片P的位置,从而改变电流表和电压表的读数,记录下每次实验中电压表、电流表测量数据.(3)断开开关S1,然后将滑片P移至滑动变阻器的a端.(4)闭合开关S1,将开关S2接位置2线位置,重复步骤(2)实验操作.图2图3(5)实验后将两次实验中测量的数据分别描到同一个U-I坐标系中,然后分别作出开关S2接开关1、2位置时的U-I图象,如图3.试完成下列问题:①某次实验调试中两电表的读数如图2所示,则两表的示数分别为I=A,U=V.②在图2中由图象A求得电源的电动势和内阻分别为E1=V,r1=Ω;由图线B求得电源的电动势和内阻分别为E2=V,r2=Ω.③如果开关S2接2时,那么该实验中得到的U-I图线应该是图中的(填“A”或“B”)图线.④在本次实验每一次的实验操作、读数都无误.那么根据图3中的图象可测得该干电池的电动势的真实值E=V,该干电池的内阻真实值为r=Ω.实验八:测量电源的电动势和内阻1.(1)如图所示(2)20(3)15.06.01.943.64【解析】(1)所连的实物图如图所示.(2)电阻箱的阻值为R=20Ω.(3)由电路结构可知,对于路端电压的测定可由定值电阻与电流表组合进行测量U=IR0,而对于电路中的总电流I总可由部分电路的欧姆定律求得I总=+I.由闭合电路的欧姆定律和部分电路的欧姆定律得E=IR0+(+I)r.由上式可得=·+.由此可根据图象的斜率k=和图象的截距a=可求出电源的电动势和内阻.为求直线的斜率可在图象上取两个距离较远的点,根据数学知识可知图象的斜率为k≈15.0,即k=≈15.0,由图可知图象的截距大小为a==6.0,由以上两式解得r=3.64Ω,E=1.94V.2.(1)0.44(2)U-I图线如图所示1.60(1.581.62都算对)1.2(1.181.26都算对)(3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大【解析】(1)0.6A量程时一小格为0.02A,精度读到0.02A×=0.01A,故读数为0.44A.(2)所画的直线通过尽可能多的点,不在直线上的点尽量均匀分居两侧,要注意坐标比例尺的选择,使所画的图线占据大部分坐标纸;U-I图线与纵轴的交点表示电源电动势E=1.60V,图象的斜率大小表示内阻r=Ω≈1.22Ω.(3)干电池长时间使用,电动势和内阻会发生变化,影响测量结果的准确性.3.(1)并联5(2)图略1.53(1.511.55都正确)1.8【解析】(1)改装成大量程电流表,应并联一个小电阻,R=Rg,n为电流量程扩大倍数,本题扩大500倍,所以近似等于5Ω;(2)从表中数据可以看出,随着R的增大,I在不断减小,说明R和I之间不是线性的关系,不可以作R-I图线,所以可以做R-图线.再根据闭合电路欧姆定律,可以表示成R=-+r,根据斜率和截距可以求出电动势和内阻.4.(1)R2-2R1AD(2)6020(3)见图E电压表的分流【解析】(1)采用图甲满偏时,Im=,半偏时=,解得RV=R2-2R1-r,实验中电源内阻r相对于电压表的内阻很小,可以忽略不计,则RV=R2-2R1;根据RV=R2-2R1可知,图甲的实验中与电源的电动势、内阻的具体值无关,A项正确;闭合开关S前,为保护用电器,电阻箱阻值应调到最大,B项错误;调节电压表满偏时,电阻箱的阻值逐渐减小,回路电流由小增大,C项错误;根据公式RV=R2-2R1-r,忽略电源的内阻r,测量值RV偏大,D项正确.(2)电压表的量程UV=3V,电压表新的量程U=(RV+R),带入数值解得R=6020Ω.(3)测电源电动势和内阻,滑动变阻器起限流作用,电流表内接法,连接方式如图所示;实验中为使电压表和电流表示数变化明显,滑动变阻器应选择E;实验中造成误差的主要原因是电压表的分流.5.(1)3400(2)乙连图(3)R1(4)【解析】(1)使用多用电表测电阻时,待测电阻的阻值=表盘读数×倍率,所以待测电阻的阻值=34Ω×100=3400Ω.(2)为了准确测量电压表V1的内阻,图乙电路更合理,用V2的读数减去V1的读数,可得出R0两端的电压,用R0两端的电压除以R0的阻值可得流过R0和电压表V1的电流,用V1的读数除以该电流就可以准确地算出V1的内阻,公式可表示为=;按图乙对照实物连接如图所示,注意连线不要交叉.(4)根据(2)的分析,由公式=结合V1、V2的示数为U1、U2得出==.6.①0.281.4②1.53.01.451.45③A④1.501.50【解析】①电流表所选的量程为00.6A,故电流表的示数为I=0.28A;电压表所选的量程为03V,故电压表的示数为U=1.4V.②根据U-I图线斜率的物理意义可得E1=1.5V,电源内阻为r1==3.0Ω.同理可得E2=1.45V,电源内阻r2=1.45Ω.③当S2接2时,由于电流表分压导致电压表读数(测量值)小于电源两端的路端电压(真实值).设电源路端电压为U真,电压表读数为U测,电流表内阻为RA,电流表读数为I,由电路结构U真=U测+UA=U测+IRA.由于RA很小,当I很小时,UA趋于零,I增大,UA也增大.如果从U-I上分析的话就会出现这样的现象(如图):在图中设AC为电源的理论U-I图象(即真实值),由于电流表的分压作用,根据以上分析可知利用测量数据所得的图象应该是AB图象(即测量值).由图可知E测=E真,r测r真.当S2接1位置时,由于电压表分流导致电流表的测量值小于电源的实际输出电流(真实值).设通过电源电流为I真,电流表读数为I测,电压表内阻为RV,电压表读数为U,电压表分流为IV,由电路结构,得I真=I测+IV,由此可知在任意一个不为零的外电压U下,电流表测得的电流总比实际通过电源的电流要小.而IV=,U越大,IV越大,U趋于零时,IV也趋于零,故当外电压为零时,即电源出现短路,此时电源的短路电流完全流过电源,这时电流表测得的电流为流过电源的真实电流.从U-I上分析的话就会出现这样的现象(如图):在图中设CB图线为电源的理论U-I图线,由于电压表的分流使得测量值小于流过电源电流的真实值,这就使得真实图线在纵轴上的截距会减小,电源电动势E测E真.故当外电路出现短路,这时电流表测得的电流为流过电源的真实电流,故电源的短路电流不发生变化,这样就使得图线的斜率变小,即r测r真.可见如果开关S2接2时,那么该实验中得到的U-I图象应该是图中的A.④根据以上分析可知由A线可测得电源电动势的真实值E真=UA=1.50V;由于S2接1位置时,U-I图线的B线对应的短路电流为I短=IB,所以有r真===Ω=1.50Ω.