高考物理一轮复习第八章恒定电流实验十测定电源的电动势和内阻学案练习.docx

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高考物理一轮复习第八章恒定电流实验十测定电源的电动势和内阻学案练习

2019年高考物理一轮复习第八章恒定电流实验十测定电源的电动势和内阻学案练习

1．实验原理

闭合电路欧姆定律．

2．实验器材

电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸和刻度尺．

3．基本操作

（1）电流表用0.6A的量程，电压表用3V的量程，按图1连接好电路．

图1

（2）把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端．

（3）闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据（I1，U1）．用同样的方法再测量几组I、U值，填入表格中．

（4）断开开关，拆除电路，整理好器材．

1．实验数据求E、r的处理方法

（1）列方程求解：

由U＝E－Ir得

，解得E、r.

（2）用作图法处理数据，如图2所示．

图2

①图线与纵轴交点为E；

②图线与横轴交点为I短＝

；

③图线的斜率表示r＝|

|.

2．注意事项

（1）为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池．

（2）电流不要过大，应小于0.5A，读数要快．

（3）要测出不少于6组的（I，U）数据，变化范围要大些．

（4）若U－I图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r＝|

|确定．

（5）电流表要内接（因为r很小）．

3．误差来源

（1）偶然误差：

用图象法求E和r时作图不准确．

（2）系统误差：

电压表分流.

命题点一　教材原型实验

例1

　（2016·四川理综·8Ⅱ）用如图3所示电路测量电源的电动势和内阻．实验器材：

待测电源（电动势约3V，内阻约2Ω），保护电阻R1（阻值10Ω）和R2（阻值5Ω），滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干．

图3

实验主要步骤：

（ⅰ）将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；

（ⅱ）逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；

（ⅲ）以U为纵坐标，I为横坐标，作U－I图线（U、I都用国际单位）；

（ⅳ）求出U－I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.

回答下列问题：

（1）电压表最好选用________；电流表最好选用______．

A．电压表（0～3V，内阻约15kΩ）

B．电压表（0～3V，内阻约3kΩ）

C．电流表（0～200mA，内阻约2Ω）

D．电流表（0～30mA，内阻约2Ω）

（2）滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大．两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________．

A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱

B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱

C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱

D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱

（3）选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E＝________，r＝________，代入数值可得E和r的测量值．

答案　

（1）A　C　

（2）C

（3）ka　k－R2

解析　

（1）电压表内阻越大，分流越小，误差也就越小，所以选内阻较大的电压表A；当滑动变阻器接入电阻最小时通过电流表电流最大，此时通过电流表电流大小约为I＝

≈176mA，所以选量程为200mA的电流表C.

（2）由电路分析可知，若滑动变阻器的滑片右移电压表示数变大，则滑动变阻器接入电路部分阻值增大，选项C符合题意．

（3）由E＝U＋I（r＋R2），得U＝－I（r＋R2）＋E，对比伏安特性曲线可知，图象斜率的绝对值k＝r＋R2，所以电源内阻r＝k－R2；令U＝0，得I＝

＝

，由题意知与横轴截距为a，所以a＝I＝

，则E＝ka.

1．利用图4所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻，要求尽量减小实验误差．供选择的器材有：

图4

A．电流表A（0～0.6A）

B．电压表V1（0～3V）

C．电压表V2（0～15V）

D．滑动变阻器R1（0～20Ω）

E．滑动变阻器R2（0～200Ω）

F．定值电阻R0＝1Ω

G．开关一个，导线若干

（1）实验中电压表应选用________，滑动变阻器应选用________（选填相应器材前的字母）．

（2）闭合开关，电压表和电流表均有示数，但是无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电压表的读数变化都非常小．同学们讨论后，在原电路的基础上又加了一个定值电阻R0，问题得到解决．请你在虚线框内画出改进后的电路图．

某位同学记录了6组数据，对应的点已经标在坐标纸上．在图5坐标纸上画出U－I图线，并根据所画图线可得出干电池的电动势E＝______V，内电阻r＝________Ω.（结果均保留两位有效数字）

图5

答案　

（1）B　D　

（2）见解析图　1.5　0.14（0.13～0.18）

解析　

（1）由于干电池的电动势为1.5V，所以应选电压表B，C的量程太大，误差太大；选用小的滑动变阻器便于操作，故选D.

（2）电路图如图甲所示，U－I图线如图乙所示

图象的纵截距表示电源电动势，故有E＝1.5V，所以内阻为r＝

Ω－1Ω≈0.14Ω

2．利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻．要求尽量减小实验误差．

（1）应该选择的实验电路是图6中的________（选填“甲”或“乙”）．

图6

（2）现有电流表（0～0.6A）、开关和导线若干，以及以下器材：

A．电压表（0～15V）B．电压表（0～3V）

C．滑动变阻器（0～50Ω）D．滑动变阻器（0～500Ω）

实验中电压表应选用______；滑动变阻器应选用______．（选填相应器材前的字母）

（3）某位同学记录的6组数据如表所示，其中5组数据的对应点已经标在图7，请标出余下一组数据的对应点，并画出U－I图线.

序号

1

2

3

4

5

6

电压U（V）

1.45

1.40

1.30

1.25

1.20

1.10

电流I（A）

0.060

0.120

0.240

0.260

0.360

0.480

图7

（4）根据（3）中所画图线可得出干电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.

（5）实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化．下列示意图中正确反映P－U关系的是________．

答案　

（1）甲　

（2）B　C　（3）如图所示　（4）1.50（1.49～1.51）　0.83（0.81～0.85）　（5）C

解析　

（1）干电池内阻相对一般电流表内阻而言较小，为减小电流表分压带来的系统误差，故应选甲．

（2）干电池电动势约为1.5V，电压表选B可减小读数误差．滑动变阻器应选C，若选D，由于总阻值较大，则滑片滑动时移动范围小，不便调节．

（3）图线应为直线，作图时使尽量多的点在线上，不在线上的点应均匀分布在线的两侧，误差较大的点舍去．

（4）由U＝E－Ir可得图象上的纵轴截距E＝1.50V，斜率的绝对值r≈0.83Ω.

（5）输出功率P＝UI＝－

（U－

）2＋

，应为开口向下的抛物线，C正确．

3．手机、电脑等电器已经普及到人们的日常生活中，这些电器都要用到蓄电池．某同学利用下列器材测定一节蓄电池的电动势和内阻．蓄电池的电动势约为3V.

A．量程是0.6A，内阻约为0.5Ω的电流表；

B．量程是3V，内阻是6kΩ的电压表；

C．量程是15V，内阻是30kΩ的电压表；

D．阻值为0～1kΩ，额定电流为0.5A的滑动变阻器；

E．阻值为0～10Ω，额定电流为2A的滑动变阻器；

F．定值电阻4Ω，额定功率4W；

G．开关S一个，导线若干．

（1）为了减小实验误差，电压表应选择________（填器材代号），图8中的导线应连接到________处（填“①”或“②”），改变滑动变阻器阻值的时候，为了使电压表和电流表的读数变化比较明显，滑动变阻器应选择________（填器材代号）．

图8

（2）用

（1）问中的实验电路进行测量，读出电压表和电流表的读数，画出对应的U－I图线如图9所示，由图线可得该蓄电池的电动势E＝______V，内阻r＝______Ω.（结果保留两位有效数字）

图9

答案　

（1）B　①　E　

（2）3.2　1.3　

解析　

（1）蓄电池的电动势约为3V，电压表C的量程太大，选电压表B.导线接①处，与电池串联的定值电阻阻值已知，有利于准确测出电池的内阻．电流表量程为0.6A，由R＝

得回路中的总电阻不能小于5Ω，滑动变阻器D总阻值太大，操作不方便，滑动变阻器选E.

（2）由图线在纵轴上的截距可得蓄电池的电动势E＝3.2V，图线斜率的绝对值|k|≈5.3Ω，减去与电池串联的定值电阻的阻值4Ω，可得电池的内阻r＝1.3Ω.

命题点二　实验拓展创新

例2

　图10甲是利用两个电流表A1和A2测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图．图中S为开关，R为滑动变阻器，定值电阻R1和A1内阻之和为10000Ω（比r和滑动变阻器的总电阻都大得多），A2为理想电流表．

（1）按电路原理图在图乙虚线框内各实物图之间画出连线．

图10

（2）在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至________（填“a端”“中央”或“b端”）．

（3）闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置，读出电流表A1和A2的示数I1和I2.多次改变滑动端c的位置，得到的数据为：

I1（mA）

0.120

0.125

0.130

0.135

0.140

0.145

I2（mA）

480

400

320

232

140

68

在图11所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1－I2图线．

图11

（4）利用所得图线求得电源的电动势E＝__________V，内阻r＝________Ω.（均保留两位小数）

（5）该电路中电源输出的短路电流Im＝__________A．（保留两位有效数字）

答案　

（1）见解析图　

（2）b端　（3）见解析图　（4）1.49（1.48～1.50）　0.60（0.55～0.65）　（5）2.5（2.3～2.7）

解析　

（1）连线如图所示．

（2）实验前滑动变阻器接入电路电阻值应最大．

（3）如图所示．

（4）由图线上读出两组数值，代入E＝I1（R1＋RA1）＋（I1＋I2）r构成方程组联立求解E和r.

（5）短路电流Im＝

.

4．某同学准备利用下列器材测量干电池的电动势和内阻．

A．待测干电池一节，电动势约为1.5V，内阻约为几欧姆

B．直流电压表V，量程为3V，内阻非常大

C．定值电阻R0＝150Ω

D．电阻箱R

E．导线和开关

根据如图12甲所示的电路连接图进行实验操作．多次改变电阻箱的阻值，记录每次电阻箱的阻值R和电压表的示数U.在

－R坐标系中描出的坐标点如图乙所示．

图12

（1）分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则

与R的关系式为_____________________．

（2）在图乙坐标纸上画出

－R关系图线．

（3）根据图线求得斜率k＝________V－1·Ω－1，截距b＝________V－1（保留两位有效数字）．

（4）根据图线求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________Ω（保留三位有效数字）．

答案　

（1）

＝

R＋

（2）见解析图　（3）4.4×10－3（4.2×10－3～4.6×10－3）　0.70（0.69～0.71）　（4）1.52（1.45～1.55）　9.09（7.50～10.5）

解析　

（1）由闭合电路欧姆定律可知：

E＝U＋

（R＋r），整理可知

＝

R＋

.

（2）作图如图所示．

（3）根据图线求得斜率k＝

　V－1·Ω－1≈4.4×10－3V－1·Ω－1，截距b＝0.70V－1.

（4）由方程可知

＝k＝4.4×10－3V－1·Ω－1，

＝b＝0.70，解得E≈1.52V；r≈9.09Ω.

5．某同学设想运用如图13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________（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.

（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：

____________；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.

图13

答案　

（1）最大　34.2　

（2）

＝

＋

　0.5　4

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）根据闭合电路欧姆定律得：

E＝I（R1＋R2＋RA），解得

＝

R2＋

，故

－R2图象的斜率为

，则纵截距为

，代入数据可得：

＝

，

＝0.5，解得E＝4V，RA＝0.5Ω.