教师版人教版新课程标准高中物理选修31《测定电池的电动势和内阻》期末复习实验题.docx
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人教版(新课程标准)高中物理选修3-1《测定电池的电动势和内阻》期末复习实验题
1.用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,所用电流表和
电压表的内电阻分别为0.1Ω和1kΩ,如图为所需的器材.
(1)请完成它们的实验电路,注意两个电表要选用适当量程,并要求变阻器的滑动片在左端时其电阻值最大.
(2)(4分)一位同学记录的6组数据见下表,试根据这些数据在图中画出U-I图线,根据图线求出电池的电动势E=_________V,内阻r=________Ω.
(3)上述实验的测量结果为E测__________E真(填“>”“<”或“=”)
【答案】
(1)见解析图
(2)U-I图象见解析1.46
0.72
(3)<
【解析】
(1)根据要求,变阻器的滑动触头滑至最左端时,其使用电阻值最大,电源的内阻是比较小的,为了减小误差,采用电流表的内接法,按要求连实验实物图,如图
(2)根据这些数据作出U-I图象如图.在U-I图象中图象与纵坐标的交点等于电源的电动势,所以由图可以读出电源的电动势为1.46V,
图象中的斜率表示电源的内阻,所以电源的内阻为0.72Ω.
(3)由图所示电路可知,相对于电源来说,电流表采用内接法,由于电压表的分流作用,使所测电源电动势小于电动势真实值.
2.为了测定一节干电池的电动势和内电阻,现准备了下列器材:
①待测干电池E(电动势约1.5V,内阻约1.0Ω)
②电流表G(满偏电流3.0mA,内阻为10Ω)
③安培表A(量程0~0.60A,内阻约为0.1Ω)
④滑动变阻器R1(0~20Ω,2A)
⑤滑动变阻器R2(0~1000Ω,1A)
⑥定值电阻R3=990Ω
⑦开关和导线若干
(1)为了能尽量准确地进行测量,也为了操作方便,实验中应选用的滑动变阻器是 .
(2)在图甲所示的方框中画出实验电路原理图,并注明器材代号;
(3)图乙所示为某同学根据正确的电路图作出的I1﹣I2图线(I1为电流表G的示数,I2为安培表A的示数),由该图线可求出被测干电池的电动势E= V,内电阻r= Ω.(结果均保留两位有效数字)
【答案】①R1②如图所示③1.50.78
【解析】①电源电动势为1.5V较小,电源的内阻较小,为多次几组实验数据,方便实验操作,应选最大阻值较小的滑动变阻器,因此滑动变阻器应选R1,即选4.
②上述器材中虽然没有电压表,但给出了两个电流表,将电流表G与定值电阻R3串联,改装成电压表,
用电流表A测电路电流,滑动变阻器R1串联接入电路,实验电路图如图所示.
③将I1﹣I2图线延长,与两坐标轴有交点.
根据欧姆定律和串联的知识得电源两端电压为:
U=I1=1009I1,
根据图象与纵轴的交点得电动势为:
E=1.47mA×1009Ω≈1.5V,
与横轴的交点可得出路端电压为1.0V时电流是0.62A,
由闭合电路欧姆定律E=U+Ir可得,电源内阻:
r=
Ω≈0.78Ω
3.在测量一节干电池的电动势和内电阻的实验中,实验电路图如图所示.
(1)实验过程中,应选用哪个电流表和滑动变阻器(请填写选项前对应的字母)
A.电流表A1(量程0.6A,内阻约0.8Ω)
B.电流表A2(量程3A,内阻约0.5Ω)
C.滑动变阻器R1(0~10Ω)
D.滑动变阻器R2(0~2000Ω)
(2)实验中要求电流表测量通过电池的电流,电压表测量电池两极的电压.根据图示的电路,电流表测量值真实值(选填“大于”或“小于”).
(3)若测量的是新干电池,其内电阻比较小.在较大范围内调节滑动变阻器,电压表读数变化(选填“明显”或“不明显”).
(4)闭合开关,调节滑动变阻器,读取电压表和电流表的示数.用同样方法测量多组数据,将实验测得的数据标在如图所示的坐标图中,请作出UI图线,由此求得待测电池的电动势E=V,内电阻r=Ω(结果均保留两位有效数字).所得内阻的测量值与真实值相比(填“偏大”、“偏小”或“相等”).
【答案】
(1)AC
(2)小于(3)不明显(4)UI图线见解析1.51.9偏小
【解析】
(1)一节干电池的电动势约为1.5V,内阻为几欧姆,所以电流表选择量程0.6A的,因为干电池的内阻较小,为了方便条件选择最大阻值较小的滑动变阻器,所以选择滑动变阻器
,故选A、C.
(2)图中电流表测量的是通过滑动变阻器的电流,而通过电池的电流等于通过滑动变阻器的电流加上通过电压表的电流,所以图示的电路电流表测量值小于真实值;
(3)作出电源的
图象,根据闭合电路欧姆定律分析可知,图象的斜率等于电源的内阻,如图,图线1的斜率小于图线2的斜率,则对应的电源的内阻图线1的较小,由图可以看出,图线1电压随电流变化较慢,所以电源内阻很小时,电压表读数变化不明显.
(4)根据坐标系内描出的点作出电源的U-I图象,图象如图所示,由图示电源U-I图象可知,图象与纵轴交点坐标值为1.5,电源电动势E=1.5V,电源内阻:
.相对于电源来说,电流表采用内接法,电流表的测量值小于通过电源的电流,电动势和内阻的测量值均小于真实值.
4.某研究性学习小组欲较准确地测量一电池组的电动势及其内阻.给定的器材如下:
A.电流表G(满偏电流10mA,内阻10Ω)
B.电流表A(0~0.6A~3A,内阻未知)
C.滑动变阻器R0(0~100Ω,1A)
D.定值电阻R(阻值990Ω)
E.多用电表F.开关与导线若干
(1)该同学再用提供的其他实验器材,设计了如图甲所示的电路,请你按照电路图在图乙上完成实物连线.
(2)图丙为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1﹣I2图线(I1为电流表G的示数,I2为电流表A的示数),则由图线可以得到被测电池组的电动势E= V,内阻r= Ω(保留2位有效数字).
【答案】
(1)实物图如图
(2)7.65.0
【解析】解:
(1)在实物图的连接中,应注意导线在接在接线柱上,电表要保证红进黑出;实物连接如答图所示;
(2)由电路图可知,电流表G与定值电阻串联充当电压表,则由闭合电路欧姆定律可得:
1000I1=E﹣I2r;
I1=
-r;
由数学知识可知,将图线延长,图象与纵坐标的交点为:
7.6mA,故电源的电动势为:
E=1000×7.6×10﹣3V=7.6V;
图象的斜率为:
k=
=5×10﹣3;
故内电阻为:
r=1000×5×10﹣3Ω=5.0Ω;
5.在实验室中测量电源的电动势和内电阻,可以提供的器材有:
(a)待测电池:
电动势E、内电阻r
(b)电流表A1:
量程0.6A,内阻r1=0.5Ω
(c)电流表A2:
量程1mA,内阻r2=200Ω
(d)滑动变阻器R1:
阻值0~20Ω,额定电流2.5A
(e)电阻箱R2:
9999Ω
以及开关、导线、坐标纸等.
为了测量待测电池的电动势和内电阻,请解答以下问题:
(1)由于没有电压表,需将电流表A2和电阻箱R2改装成量程为2V的电压表,R2的电阻值应为Ω.
(2)根据下图中设计的测量该电池电动势和内电阻的电路图,利用笔画线代替导线,将实物图连接好.
(3)根据实验所测数据画出I2—I1图象如图所示,由此图象可求得该电源电动势E=,内阻r=.
【答案】
(1)
(2)
(3)
【解析】
(1)根据串联电路规律可知,串联电阻阻值
.
(2)根据电路图可得出对应的实物图,如图所示:
(3)由图乙所示图象可知,图象纵轴截距是
,电源电动势:
;
路端电压
,当纵轴表示路端电压时,图象斜率的绝对值等于电源内阻,则电源内阻
6.某同学采用如图甲所示的电路测定一节干电池的电动势和内电阻.提供的器材有,电压表(0~3V;)、电流表(0~0.6A)、滑动变阻器有R1(10Ω,2A)各一只.
(1)在实验中测得多组电压和电流值,得到如图丙所示的U﹣I图线,由图可求出该电源电动势E= V;内阻r= Ω.(保留三位有效数字)
(2)在图乙中用笔画线代替导线连接实验电路.
(3)电动势测量值 真实值,内电阻测量值 真实值.(填大于、小于或等于)
【答案】①1.461.78②如图所示
③等于大于
【解析】解:
(1)由闭合电路欧姆定律U=E﹣Ir得知,当I=0时,U=E,U﹣I图象斜率的绝对值等于电源的内阻,纵截距即为电动势E=1.46V
r=
Ω≈1.78Ω.
(2)对照电路图,按电流方向连接电路,如答图所示.
(3)图中由于电压表测量值小于电源真实的路端电压;但当外电路断开时,电流表的分压可以忽略,故本接法中电动势是准确的;而测量的电压小于真实值,故由图象可知测量的内阻大于真实值;
7.某实验小组用如图1所示实验电路测三节干电池组成的电池组的电动势和内阻,定值电阻3Ω.
(1)滑动变阻器的滑片应移动到最左端,闭合电键后,在连续调节滑动变阻器滑片的过程中,电压表V2的示数 (填“增大”、“减小”或“不变”).
(2)根据实验测得的两个电压表的多组示数,作出U1一U2图象,如图2所示,由此得到电池组的电动势E= ,内阻r= ;
(3)本实验引起系统误差的主要原因有 .
【答案】
(1)增大
(2)4.5V3Ω(3)电压表的分流作用
【解析】
(1)移动滑片过程,滑动变阻器接入电路的阻值减小,电路总电阻减小,由闭合电路的欧姆定律可知,
电路电流增大,定值电阻两端电压增大,电压表V2的示数增大.
(2)由图示电路图可知,电源电动势:
E=U1+Ir=U1+r,整理得:
U1=E-U2,
则:
U1﹣U2图象图象的截距:
b=E=4.5V,图象斜率:
k=
=1,解得:
r=kR0=3.0Ω.
(3)由于电压表的分流作用,流过电源的电流大于
,这是造成实验误差的原因.
8.两位同学在实验室利用如图(a)所示的电路测定定值电阻R0,电源的电动势E和内电阻r,调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时,一个同学记录了电流表和A和电压表V1的测量数据,另一同学记录的是电流表和A和电压表V2的测量数据.并根据数据描绘了如图(b)所示的两条U﹣I直线,回答下列问题:
(1)根据甲、乙两同学描绘的直线,可知
A.甲同学是根据电压表V1和电流表A的数据
B.甲同学是根据电压表V2和电流表A的数据
C.乙同学是根据电压表V1和电流表A的数据
D.乙同学是根据电压表V2和电流表A的数据
(2)根据图(b),可求出可以求出定值电阻R0= Ω,电源电动势E= V,内电阻
r= Ω.(保留2位有效数字)
【答案】
(1)AD
(2)2.0 1.50 1.0
【解析】
(1)从电路连接可以看出,电流表A的读数增大时,电压表V1的读数减小,电压表V2的读数增大.甲同学是根据电压表V1和电流表A的数据绘制图象的,故B错误,A正确;乙同学是根据电压表V2和电流表A的数据绘制图象的,故C错误,D正确.
(2)从图象可以得出定值电阻R0的阻值为:
R0=
=2.0Ω;
从甲同学的图象可以得出图象在U轴上的截距为1.50V,即电源的电动势为1.50V,
图象斜率的绝对值为:
k=
=1.0,即电源的内阻为r=1.0Ω.
9.随着全世界开始倡导低碳经济的发展,电动自行车产品已越来越受到大家的青睐.某同学为了测定某电动车电池的电动势和内阻,设计了如图所示电路,提供的实验器材有:
A.电动车电池一组,电动势约为12V,内阻未知
B.直流电流表A,量程300mA,内阻很小
C.电阻箱R,阻值范围为0~999.9Ω
D.定值电阻R0,标称阻值10Ω
E.导线和开关
(1)当他闭合开关时发现,无论怎样调节电阻箱,电流表都没有示数,反复检查后发现电路连接完好,估计是某一元件损坏,因此他拿来多用电表检查故障,他的操作如下:
①断开电源开关S,②将多用电表选择开关置于×1Ω挡,调零后,红、黑表笔分别接R0两端,读数为10Ω,③将多用电表选择开关置于×10Ω挡,调零后,将红、黑表笔分别接电阻箱两端,发现指针读数如图所示,则所测阻值为____________Ω,然后又用多用电表分别对电源和开关进行检测,发现电源和开关均完好.
由以上操作可知,发生故障的元件是______________.
(2)在更换规格相同的元件后重新连接好电路.改变电阻箱的阻值R,分别测出通过阻值为R0=10Ω的定值电阻的电流I,下列三组关于R的取值方案中,比较合理的方案是________(选填方案编号1、2或3).
(3)根据实验数据描点,绘出的
-R图象是一条直线.若直线的斜率为k,在
坐标轴上的截距为b,则该电源的电动势E=________,内阻r=________.(用k、b和R0表示)
【答案】
(1)70 电流表
(2)2 (3)
-R0
【解析】
(1)示数7乘以倍率,即7×10Ω=70Ω;发生故障的元件为电流表;
(2)电阻箱的阻值应保证电路电流不大于电流表的量程及便于测量,应选2组;
(3)根据欧姆定律E=I(R0+R+r),
=
R+
(R0+r),则E=
,r=
-R0.
10.小明要测定一电池的电动势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.该同学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集数据.
(1)小明设计该实验的原理表达式是______________(用E、r、I、R表示).
(2)小明在闭合开关之前,应先将电阻箱阻值调至________.(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)在实验过程中,将电阻箱调至图乙所示,则此时电阻箱接入电路的阻值为________Ω.
(3)小明根据实验采集到的数据作出如图丙所示的
-R图象,则由图象求得该电池的电动势E=________________V,内阻r=____________Ω(结果均保留两位有效数字).
【答案】
(1)E=I(R+r)
(2)最大值 25 (3)6.0(5.8~6.2) 2.4(2.3~2.5)
11.现有一特殊电池,它的电动势E约为9V,内阻r约为40Ω,已知该电池允许输出的最大电流为50mA.为了测定这个电池的电动势和内阻,某同学利用如图甲所示的电路进行实验,图中电流表的内阻RA已经测出,阻值为5Ω,R为电阻箱,阻值范围为0~999.9Ω,R0为定值电阻,对电路起保护作用.
(1)实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格,本实验选用哪一种规格的定值电阻最合适( )
A.10ΩB.50Ω
C.150ΩD.500Ω
(2)该同学接入符合要求的R0后,闭合开关S,调整电阻箱的阻值,读取电流表的示数,记录多组数据,作出了如图乙所示的图线,则根据该同学作出的图线可求得该电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω.
【答案】
(1)C
(2)10 45
【解析】
(1)回路中的最小电阻R总=
=
Ω=180Ω,R0为保护电阻,当R=0时,电源电流也不会超出50mA,此时R0=R总-r-RA=135Ω,C最合适,A、B太小起不到保护作用,D太大会使电路中的电流测量范围太小.
(2)由闭合电路的欧姆定律有E=I(r+R0+RA+R)得
=
=
+
(R+R0)=
+
(R+R0),图线的斜率为
,由图线知斜率k=
V=
,得E=10V,与纵轴截距为
=5A-1,解得r=45Ω.
12.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-
图线,其中R为电阻箱读数,I为电流表读数,由此可以得到E=________,r=________.
【答案】3.0V 1.0Ω
【解析】由欧姆定律有,E=I(R+r),R=
-r.
由此知题图乙中图线的斜率为电动势E,纵轴截距大小为内阻r
E=
V=3.0V,r=1.0Ω.
13.在测电源电动势和内阻的实验中,用电源、电阻箱、电压表连成如图所示的电路.一位同学记录的6组数据见下表:
根据这些数据选取适当的坐标轴,并在下图所示的方格纸上画出图线,根据图线读出电源的电动势E=________V,求得电源的内阻r=________Ω.
【答案】1.53 0.35
【解析】由记录的六组数据可求出各电阻值时的电流,由题表可得下表U-I值:
用纵轴表示U,横轴表示电流I.用描点法描出U-I图线(如下图所示),纵坐标上截距为1.53V,所以E=1.53V.r=|
|≈0.35Ω.
14.用图甲所示的电路测定某电源的电动势和内阻,R为电阻箱,阻值范围0~9999Ω,R0是保护电阻,电压表内阻对电路的影响可忽略不计.
该同学连接好电路后,闭合开关S,改变电阻箱接入电路的电阻值,读取电压表的示数.根据读取的多组数据,他画出了图乙所示的图象.
(1)在图乙所示图象中,当
=0.10V-1时,外电路处于________状态.(选填“通路”、“断路”或“短路”).
(2)根据该图象可求得该电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω.
【答案】
(1)断路
(2)10 50
15.某同学利用电压表和电阻箱测定一种特殊电池的电动势(电动势E大约在9V左右,内阻r约为50Ω),已知该电池允许输出的最大电流为150mA.该同学利用如图(a)所示的电路进行实验,图中电压表的内阻约为2kΩ,R为电阻箱.阻值范围0~9999Ω,R0是定值电阻,起保护电路的作用.
(1)实验室备有的定值电阻有以下几种规格:
A.2ΩB.20ΩC.200ΩD.2000Ω
本实验应选________(填入相应的字母)作为保护电阻.
(2)在图(b)的实物图中,已正确地连接了部分电路,请完成余下电路的连接.
(3)该同学完成电路的连接后,闭合开关S,调节电阻箱的阻值;读取电压表的示数,其中电压表的某一次偏转如图(c)所示,其读数为________.
【答案】
(1)B
(2)如图所示
(3)6.5V
【解析】
(1)当电阻箱的电阻为零时,R+r=
Ω=60Ω,R0≈10Ω.因此B选项正确.(3)由于电源的电动势为9V,所以电压表的量程应取15V.其最小刻度代表0.5V,由此可以读出电压为6.5V.
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