学年新培优人教版高中物理选修31恒定电流210.docx
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学年新培优人教版高中物理选修31恒定电流210
10 实验:
测定电池的电动势和内阻
课时过关·能力提升
基础巩固
1(多选)用伏安法测量电源电动势和内阻的实验中,下列注意事项中正确的是( )
A.应选用新的干电池作为被测电源,以使电压表的示数变化比较明显
B.应选用内阻较小的电压表和电流表
C.移动滑动变阻器的滑片时,不能使滑动变阻器短路,以免造成电源过载
D.根据实验记录的数据作U-I图线时,应画一条通过尽可能多的点的直线,并使不在直线上的点大致分布在直线的两侧
答案:
CD
2下列给出多种用伏安法测电池的电动势和内阻的数据,处理方法既能减小偶然误差,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和r
B.多测几组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、r
D.多测几组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为电动势E,再用闭合电路欧姆定律求出电池内阻r
解析:
A中只测量两组数据求出E、r,偶然误差较大;B中计算E、r平均值虽然能减小误差,但不够直观、简便;D中分别求I、U的平均值是错误的做法。
答案:
C
3(多选)如图所示,根据某次实验记录数据画出的U-I图像,下列关于这个图像的说法正确的是( )
A.纵轴截距表示待测电源的电动势
B.横轴截距表示短路电流
C.根据r
D.电流为0.3A时的外电阻是18Ω
解析:
图象与纵轴的交点,电流取值为0,此时为断路状态,截距即等于电源电动势,选项A对;但图象与横轴的交点处,电压等于5.0V,所以0.5A是路端电压为5.0V时的电流,而不是短路电流,选项B错;根据r
r=2Ω,选项C错;根据R
Ω=18Ω,选项D对。
答案:
AD
4在测定一节干电池(电动势约为1.5V,内阻约为2Ω)的电动势和内阻的实验中,变阻器和电压表各有两个供选:
A电压表量程为15V,B电压表量程为3V,C变阻器为(20Ω,3A),D变阻器为(500Ω,0.2A)。
电压表应该选 (选填“A”或“B”),这是因为 。
变阻器应该选 (选填“C”或“D”),这是因为 。
答案:
B A电压表量程过大,误差较大 C D变阻器额定电流过小且调节不便
5在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中,一位同学用合适的器材连接好实物图后,准备闭合开关时的情况如图所示。
(1)其中有两处错误是:
① ;
② 。
(2)在没有改正错误时闭合开关后,发现电压表有示数,电流表没有示数。
移动滑动变阻器的滑片,两表示数没有变化。
用另一电压表测MP两点发现无示数,测NQ两点有示数,则出现上述情况的原因是 (填选项前的字母)。
A.a导线断路
B.b导线断路
C.滑动变阻器断路
D.由于线路连接错误造成的
(3)在改正前面所有问题后,经过正确的实验操作,得到表中的数据,请在所给的坐标中画出该电源的U-I图像,并根据图像求出该电源的电动势E= V,内阻r= Ω。
实验次数
1
2
3
4
5
6
I/A
0.12
0.20
0.25
0.33
0.40
0.51
U/V
1.36
1.30
1.21
1.20
1.15
1.07
解析:
(1)实验前要让滑动变阻器的滑片处于阻值最大处,电压表不能直接接在电源两端。
所以,两处错误是①滑动变阻器的滑片没有处于阻值最大处;②电压表直接接在电源两端。
(2)电压表的示数不为零,电流表的示数为零,说明电路处于断路。
另一电压表测MP两点发现无示数,测NQ两点有示数,原因是b导线断路,故选B。
(3)应用描点法作图,作出U-I图像。
由电源的U-I图像可知,电源电动势为1.46V,电源内阻r
Ω。
答案:
(1)①滑动变阻器的滑片没有处于阻值最大处
②电压表直接接在电源两端
(2)B (3)U-I图象见解析 1.46(1.45~1.50都可) 0.80(0.75~0.82都可)
6某中学生课外科技活动小组利用铜片、锌片和家乡盛产的柑橘制作了果汁电池,他们测量这种电池的电动势E和内阻r,并探究电极间距对E和r的影响。
实验器材如图甲所示。
甲
(1)测量E和r的实验方案为调节滑动变阻器,改变电源两端的电压U和流过电源的电流I,依据公式 ,利用测量数据作出U-I图像,得出E和r。
(2)将电压表视为理想表,要求避免电流表分压作用对测量结果的影响,请在图甲中用笔画线代替导线连接电路。
(3)实验中依次减小铜片与锌片的间距,分别得到相应果汁电池的U-I图像如图乙中(a)、(b)、(c)、(d)所示,由此可知:
在该实验中,随电极间距的减小,电源电动势 (选填“增大”“减小”或“不变”),电源内阻 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
图线(c)对应的电源电动势E= V,内阻r= Ω,当外电路总电阻为2500Ω时,该电源的输出功率P= mW。
(均保留三位有效数字)
乙
解析:
(1)利用E=U+Ir可推得U=E-Ir。
(2)要避免电流表分压作用对测量结果的影响,电流表应采用外接法,开关要控制整个电路,实物连接如答案图所示。
(3)由U-I图像可以看出,减小铜片与锌片间距,纵轴截距不变,即电源电动势不变;由于U-I图像的斜率随两电极间距离减小而增大,根据r
;对于图线(c),与纵轴交点U=0.975V,即为电源电动势,根据r
r
Ω=478Ω;当R=2500Ω时,P
P≈0.268mW。
答案:
(1)U=E-Ir
(2)
(3)不变 增大 0.975 478 0.268
能力提升
1某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻,他们提出的实验方案中有如下四种器材组合,为使实验结果尽可能准确,最不可取的一组器材是( )
A.一个电流表、一个电压表和一个滑动变阻器
B.一个电压表和多个定值电阻
C.一个电流表和一个电阻箱
D.两个电流表和一个滑动变阻器
解析:
A选项应用公式E=U+Ir可以测量E和r。
B选项应用公式E=U
E和r。
C选项应用公式E=IR+Ir可以测量E和r。
D选项中无法测量路端电压,故最不可取,选D。
答案:
D
2(多选)如图所示,a、b为两个独立电源A、B的路端电压U与其总电流I的关系图线,则下列说法正确的是( )
A.路端电压都为U0时,它们的外电阻相等
B.电流都是I0时,两电源的内电压相等
C.电源A的电动势大于电源B的电动势
D.电源A的内阻小于电源B的内阻
解析:
当路端电压都为U0时,电流都为I0,由U=IR得,此时外电阻相等,A对;a、b与U轴的交点不同,所以E不同,电源A的电动势大于电源B的,所以在电流都是I0时,两电源的内电压不同,所以B错,C对;又由a、b与I轴的交点b的大于a的,即B的短路电流较大,又B的电动势相对较小,所以B的内阻比A的小,D错。
答案:
AC
3某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻,使用的器材还包括定值电阻(R0=5Ω)一个,开关两个,导线若干,实验原理图如图甲。
甲
乙
(1)在图乙的实物图中,已正确连接了部分电路,请完成余下电路的连接。
(2)请完成下列主要实验步骤:
A.检查并调节电压表指针指零;调节电阻箱,示数如图丙所示,读得电阻值是 ;
B.将开关S1闭合,开关S2断开,电压表的示数是1.49V;
C.将开关S2 ,电压表的示数是1.16V;断开开关S1。
(3)使用测得的数据,计算出干电池的内阻是 (计算结果保留两位有效数字)。
(4)由于所用电压表不是理想电压表,所以测得的电动势比实际值偏 (选填“大”或“小”)。
丙
解析:
(1)如图所示。
(2)A:
R=2×10Ω=20Ω
C:
由于电压表示数减小,所以开关S2应闭合。
(3)开关S1闭合,S2断开时,外电路断路,电源电动势E=1.49V。
S2闭合后,电路中电流I
A=0.058A,
由闭合电路欧姆定律得
R0+r
Ω=5.69Ω,
所以r=5.69Ω-R0=0.69Ω。
(4)由于电压表不是理想电压表,所以外电路不能视为断路,电路中有电流,电压表示数为电源的输出电压,应小于电动势,即测量值小于真实值。
答案:
(1)见解析
(2)20Ω 闭合 (3)0.69Ω (4)小
4为测量一电源的电动势及内阻。
(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为9V的电压表
A.量程为1V、内阻大约为1kΩ的电压表V1
B.量程为2V、内阻大约为2kΩ的电压表V2
C.量程为3V、内阻为3kΩ的电压表V3
选择电压表 串联 kΩ的电阻可以改装成量程为9V的电压表。
(2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号V1、V2或V3与一个电阻串联来表示,且可视为理想电压表),在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图。
(3)根据以上实验原理电路图进行实验,读出电压表示数为1.50V时,电阻箱的阻值为15.0Ω;电压表示数为2.00V时,电阻箱的阻值为40.0Ω,则电源的电动势E= V,内阻r= Ω。
解析:
(1)改装电压表时,其内阻阻值要准确告知,所以排除A、B而选C;再由欧姆定律可知U
),得R
kΩ=6kΩ。
(2)电路图如图所示
(3)改装后的电压表量程为0~9V。
当电压表示数为1.50V和2.00V时,电阻箱两端实际电压为4.5V和6V。
根据欧姆定律
解得
E=7.5V,r=10Ω。
答案:
(1)C 6
(2)见解析图 (3)7.5 10
5某研究性学习小组利用如图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
解析:
由闭合电路欧姆定律E=I(R+r),得R
R
而纵截距的绝对值为内阻r。
由图像可得r=1Ω,在图象上取点计算斜率可得E=3V。
答案:
3 1
6★某研究性学习小组利用如图所示的电路测量某电池的电动势E和内阻r。
由于电池的内阻很小,因此在电路中接入了一个阻值为2.0Ω的定值电阻R0,闭合开关S,调节电阻箱R的阻值,读出电压表相应的示数,得到了如下表数据:
电阻箱读数R/Ω
40.00
20.00
12.00
8.00
6.00
5.00
电压表示数U/V
1.89
1.78
1.66
1.57
1.43
1.35
(1)为了比较准确地得出实验结论,该小组的同学准备用图像来处理实验数据。
图像的纵坐标表示电压表读数U,则图像的横坐标表示的物理量应该是 。
(2)计算出与该组数据对应的物理量并填在表格中。
(3)在如图所示的图像中作图,利用图像得出E= V,r= Ω。
解析:
(1)由闭合电路欧姆定律可得E=U
·(R0+r),所以有U=E
·(R0+r),显然,若
可得一次函数,则图像是直线,图像与纵轴的交点表示电池的电动势,图像斜率的绝对值表示R0+r。
(2)根据表中实验数据,找出电压表示数U与所对应电阻的阻值R,由欧姆定律I
(3)根据
(2)中所得数据,在坐标系中描出对应的点,然后根据坐标系中的点作直线,作出电源的路端电压与电流关系图像如图所示;由图像可知,电源电动势E=2.0V;由于图像斜率绝对值等于电源内阻与定值电阻阻值之和,得k=r+R0
Ω,得电池的内阻r=k-R0=2.4Ω-2.0Ω=0.4Ω。
答案:
(1)电压U与电阻R的比
(2)表格中数据如下:
电阻箱读数R/Ω
40.00
20.00
12.00
8.00
6.00
5.00
电压表示数U/V
1.89
1.78
1.66
1.57
1.43
1.35
电压U与电阻R的比
0.047
0.089
0.138
0.196
0.238
0.270
(3)图像见解析 2.0 0.4
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- 学年 新培优人教版 高中物理 选修 31 恒定 电流 210