届高三高考物理专题《测量电源电动势和内电阻》强化练习卷.docx
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届高三高考物理专题《测量电源电动势和内电阻》强化练习卷
测量电源电动势和内电阻
1.(原创)物理兴趣小组的同学用如下器材测定一节干电池的电动势和内阻:
图1
直流电流表(量程0~0.6A,0~3A;内阻约1Ω)
直流电压表(量程0~3V,0~15V;内阻约5kΩ)
定值电阻R0(阻值近似为8Ω)
滑动变阻器R(0~10Ω,2A)
电源(电动势约为1.5V,内阻约为4Ω)
开关和若干导线
有两个小组的同学分别设计了如图1所示的两个实验方案,然后这两个小组的同学按正确的实验步骤进行了实验。
试分析下列问题:
(1)如果某小组的同学选用实验方案二,则请按方案二将下列实物图2连接起来。
图2
图3
(2)实验后两个小组的同学将他们的实验数据做在同一个U-I坐标中,得到了如图3所示的两条伏安特性曲线。
通过分析可知图中所示的伏安特性曲线中,图线甲是利用________实验得到的图象,图线乙是利用________实验得到的图象(填“方案一”或“方案二”)。
(3)图中两图线在纵轴上的截距相同,由图可知,被测电源的电动势E_______V,电源的内阻r=________Ω。
(4)本实验中提供的定值电阻的阻值R0=________Ω。
解析
(1)所连实物图如图所示。
(2)在方案二中将R0等效为电源的内阻,由此该方案所测得的电源内阻将变大,所以图中图线甲是由方案二实验数据得到的,图线乙是由方案一实验数据得到的。
(3)对于方案一,可将R0看成是滑动变阻器的一部分。
由图象求得电源的电动势为E=1.49V。
由图象乙可求得电源的内阻为r=
=
Ω=3.9Ω。
(4)对于方案二由闭合电路的欧姆定律得E=U+I(r+R0),R0可等效为电源的内阻,可见在U-I图象中图象在纵坐标上的截距表示电源的电动势,图象的斜率表示是“电源内阻与R0之和”。
由图象甲可得r+R0=
=
Ω=
11.5Ω,解得R0=7.6Ω。
答案
(1)见解析图
(2)方案二 方案一 (3)1.49 3.9(4)7.6
2.(2018·江苏南京高三第三次模考)利用电压表和电阻箱可以测量电池的电动势和内电阻,某同学找到了如下的器材:
电池组(电动势约为6.0V,内阻约为1Ω),灵敏电流计G(满偏电流Ig=100μA,内阻Rg=100Ω),定值电阻R1(R1=1Ω),定值电阻R2(R2=59.9kΩ),电阻箱R3(阻值范围0~9.9Ω可调),开关、导线若干。
该同学发现还需要一个合适的电压表,于是把上述G表改装成电压表。
图4
(1)将G表改装成量程为6V的电压表,需将G表与________(选填R1、R2或R3)串联。
(2)为了准确地测量出电池组的电动势和内电阻,请在图4甲虚线框中把实验电路图补充完整,并在对应的电阻旁边标上(R1、R2或R3),如果为电阻箱,请补充完整其符号。
(3)某次测量,电压表示数如图乙,其读数为________V。
(4)经过多次测量,得出图丙所示的图象,由图可求得该电池组的电动势为________V,内阻为________Ω(结果保留2位有效数字)。
解析
(1)灵敏电流计G(满偏电流Ig=100μA,内阻Rg=100Ω)改装成量程为
6V的电压表,则有R=
=
Ω=59.9kΩ,故需将G表与R2串联。
(2)根据题意可知,本实验中采用电阻箱与改装后的电压表并联进行分析,并且采用R1与电源串联充当保护电阻使用,故电路图如图所示。
(3)某次测量,电压表示数如图乙,分度值为0.2V,其读数为0.2×22V=4.4V。
(4)根据闭合电路欧姆定律可知U=E-
(r+R1),变形可得
=
+
·
,则由图象性质可知
=0.2,
=
=0.5,解得该电池组的电动势为E=
5.0V,内阻为r=1.5Ω。
答案
(1)R2
(2)见解析 (3)4.4 (4)5.0 1.5
3.(2018·苏锡常镇四市高三调研)某实验小组用如下器材来测量电压表的内阻。
A.待测电压表(量程3V,内阻约几千欧)
B.电流表(量程0.6A,内阻约0.1Ω)
C.电池组(电动势约3V,内阻可忽略)
D.滑动变阻器R0
E.电阻箱R(0~9999Ω)
F.开关和导线若干
图5
(1)图5甲是某同学设计的电路,大家讨论后一致认为此电路不可行,你认为原因是________;
A.R0阻值较小
B.电流表存在内阻
C.电压表无法准确读数
D.电流表无法准确读数
(2)同学们改用图乙电路进行测量,设电阻箱的阻值为R,电压表的示数为U,为了根据图象能求得电压表的内阻,应该作________图线(选填“
-R”“U-R”或“U-
”);
(3)请根据你选择的坐标轴和下表的数据,在图6中标上合适的标度作出相应
图线;
R/kΩ
0.6
1.5
2
3
4
5
U/V
2.5
2
1.8
1.5
1.3
1.13
/kΩ-1
1.67
0.67
0.5
0.33
0.25
0.20
/V-1
0.40
0.50
0.56
0.67
0.78
0.88
图6
(4)根据你所画出的图线,求出电源的电动势E=______V,电压表内阻RV=________kΩ(保留2位有效数字)。
解析
(1)设计者认为电压表测自身的电压,电流表测流过电压表的电流,据RV=
可求出电压表内阻。
但图甲电路闭合开关后,电路中电流太小,电流表指针几乎不偏转,故D项是电路不可行的原因。
(2)对乙图,由闭合电路欧姆定律可得E=U+
R,整理得
=
+
R,则为了根据图象能求得电压表的内阻,应该作
-R图线。
(3)选择作
-R图线,描点连线如图。
(4)据图线纵截距可得
=0.34,解得E=2.9V
据图线斜率可得
=
,解得RV=3.1kΩ。
答案
(1)D
(2)
-R (3)见解析 (4)2.9(2.8~3.2都对) 3.1 (2.8~3.5都对)
4.(2019·江苏省南通市、泰州市高三第一次模拟考试)用如图7所示的电路测量电池的电动势和内阻,定值电阻R1=16Ω。
图7
(1)闭合开关S时,电压表V1无读数,电压表V2有读数,经检查发现存在断路故障,则该故障可能在________(填“ab”“bc”或“cd”)两点间。
(2)排除故障后,闭合开关S,调节滑动变阻器,记录多组电压表的示数U1、U2,如下表所示。
请根据表中数据在图乙中作出U2-U1图象。
U2/V
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
U1/V
0.66
1.00
1.33
1.88
2.00
2.32
2.68
(3)由图象可知,电源电动势E=__________V,内阻r=__________Ω。
(结果均保留2位有效数字)
(4)实验中,产生系统误差的主要原因是________________。
解析
(1)若ab间断路,V2表无示数。
若bc间断路,V1表有示数。
若cd间断路,满足题意。
(2)所画的直线通过尽可能多的点,不在直线上的点均匀分居两侧,极个别点相距较远应舍弃。
(3)根据闭合电路欧姆定律有E=U2+
(R1+r),得出U2=-
U1+E,图线纵截距等于电动势E=6.0V,斜率k=-
=-1.5,得出r=8.0Ω。
(4)由于电压表V1分流,表达式E=U2+
(R1+r)中,
表示干路电流存在系统误差。
答案
(1)cd
(2)见解析图 (3)6.0(5.9~6.1均正确) 8.0(7.9~8.1均正确)
(4)电压表V1分流
5.(2018·江苏南通等六市第一次调研)测量某电源电动势和内阻,提供如下实验
器材:
A.待测电源(电动势约12V、内阻约1Ω、最大允许电流2A)
B.电流表A(量程1A)
C.电流表G(量程1mA、内阻约50Ω)
D.电阻箱(0~99999.9Ω)
E.滑动变阻器(0~20kΩ)
F.滑动变阻器(0~1kΩ)
H.滑动变阻器(0~50Ω)
J.定值电阻(阻值5Ω)
K.定值电阻(阻值100Ω)
L.开关、导线若干
图8
(1)将电流表G改装成电压表,需要测量电流表内阻Rg,实验小组采用如图8甲所示的电路,实验步骤如下:
①连接好电路,闭合开关S1前,变阻器R1的滑片移到________(选填“最左端”或“最右端”)。
②闭合S1,断开S2,调节R1使电流表G满偏。
③闭合S2,保持R1阻值不变,调节电阻箱R2的阻值,使得电流表G半偏,读出电阻箱示数R,则电流表G的内阻Rg=________。
(2)将电流表G改装成量程为15V的电压表,已测得Rg=52.0Ω,则与电流表G串联的电阻箱R2的取值应为________Ω。
(3)用图乙电路测电源电动势和内阻,滑动变阻器R3选用________,定值电阻R0选用________。
(选填器材序号)
(4)根据实验测得数据作出电压表读数U与电流表A读数I间的关系图象(图象未画出),由图象读出I=0时U=12.1V,图线斜率绝对值为5.9V/A,则电源电动势E=________V,电源内阻r=________Ω。
解析
(1)变阻器R1的滑片移到最左端时接入电路的电阻最大,故闭合开关S1前,变阻器R1的滑片移到最左端,闭合S2,电阻箱R2与电流表G并联,当电流表G半偏时,即电流表中电流为原来的一半,则另一半电流流过电阻箱R2,电阻箱R2与电流表G中电流相同,故电阻值也相等。
故分别填最左端和R。
(2)将电流表G改装成量程为15V的电压表后,表的总电阻R=
=
Ω=1.5×104Ω,与电流表G串联的电阻箱R2=R-Rg=14948.0Ω。
(3)滑动变阻器的总阻值小,便于精细调节,故选H,因电流表量程为1A,定值电阻若选100Ω,则测量电流的大小及大小变化范围就非常小,故定值电阻应
选J。
(4)将定值电阻等效为电源内阻,I=0时,路端电压即为电动势E=U=12.1V,图线斜率绝对值为等效内阻的大小,则电源实际内阻为r=5.9Ω-5Ω=0.9Ω。
答案
(1)最左端 R
(2)14948.0 (3)H J(4)12.1 0.9
6.(2019·江苏扬州四模)实验室有下列器材:
灵敏电流计G(内阻约为50Ω);
电压表V(0~3V,内阻约为10kΩ);
电阻箱R1(0~9999Ω);
滑动变阻器R2(0~100Ω,1.5A);
旧干电池一节;导线开关若干。
(1)某实验小组先测灵敏电流计的内阻,电路如图9甲所示,测得电压表示数为
2V,灵敏电流计示数为4mA,电阻箱旋钮位置如图乙所示,则灵敏电流计内阻为________Ω。
图9
(2)为将灵敏电流计的量程扩大为原来的10倍,该实验小组将电阻箱与灵敏电流计并联,则应将电阻箱R1的阻值调为________Ω。
调好后连接成如图丙所示的电路测干电池的电动势和内阻,调节滑动变阻器读出了几组电压表和电流计的示数如下表,请在图10所示的坐标系中作出合适的IG-U图线。
IG/mA
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
U/V
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
图10
(3)由作出的IG-U图线求得干电池的电动势E=______V,内阻r=________Ω。
解析
(1)由图乙所示电阻箱可知,电阻箱示数为
R1=0×1000Ω+4×100Ω+5×10Ω+5×1Ω=455Ω,
由欧姆定律可得Rg+R1=
=
Ω=500Ω,
电流计内阻为Rg=(500-455)Ω=45Ω。
(2)将灵敏电流计的量程扩大为原来的10倍,并联电阻阻值R=
=
=5Ω;
根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后根据描出的点作出图象,图象如图所示。
(3)由图示电源IG-U图象可知,图象与横轴交点坐标值为1.4,电源电动势E=1.4V,电流表内阻RA=
=
Ω=4.5Ω,图象斜率倒数k=
=
Ω=20Ω,
电源内阻r=k-RA=(20-4.5)Ω=15.5Ω。
答案
(1)45
(2)5 如解析图所示 (3)1.4 15.5
7.小明利用如图2所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。
图2
(1)如图2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(V)
1.45
1.36
1.27
1.16
1.06
I(A)
0.12
0.20
0.28
0.36
0.44
请根据表中的数据,在坐标纸上作出U-I图线。
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___________________________
____________________________________________________________________。
解析
(1)由实验装置图可知,电流表使用0.6A量程,所以读数为0.44A;
(2)描点画图,如图所示,根据U=-Ir+E可得电动势为E=1.60V;图线的斜率绝对值等于内阻r=1.22Ω;(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。
答案
(1)0.44
(2)U-I图象见解析图 1.60(1.58~1.62都算对) 1.22(1.18~1.26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
8.(2019·苏北四市第一次调研测试)测定一节干电池的电动势和内阻,电路如图3甲所示,MN为一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝,定值电阻R0=
1.0Ω,调节滑片P,记录电压表示数U、电流表示数I及对应的PN长度x,绘制了U-I图象如图乙所示。
图3
(1)由图乙求得电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω。
(2)实验中由于电表内阻的影响,电动势测量值________其真实值(选填“大于”“等于”或“小于”)。
(3)根据实验数据可绘出
-x图象,如图丙所示。
图象斜率为k,电阻丝横截面积为S,可求得电阻丝的电阻率ρ=________,电表内阻对电阻率的测量________(选填“有”或“没有”)影响。
解析
(1)由闭合电路欧姆定律可知U=E-I(r+R0),图乙中的图象与纵坐标间的交点表示电动势,故E=1.49V;图象的斜率的绝对值表示内电阻,则r+R0=
Ω,解得r=1.45Ω-1.0Ω=0.45Ω。
(2)由图示可知,伏安法测电阻相对于电源来说采用电流表外接法,由于电压表分流作用,电流表测量值偏小,当外电路短路时,电流测量值等于真实值,电源的U-I图象如图所示,
由图象可知,电动势测量值小于真实值,电源内阻测量值小于真实值。
(3)根据欧姆定律可知,电阻R=
=
,则可知k=
,解得ρ=kS;若考虑电表内阻,则图象的斜率不变,所以得出的电阻率没有影响。
答案
(1)1.49 0.45
(2)小于 (3)kS 没有
9.(2018·江苏单科,10)一同学测量某干电池的电动势和内阻。
(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。
请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。
图8
(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I,以及计算的
数据见下表:
R/Ω
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
I/A
0.15
0.17
0.19
0.22
0.26
/A-1
6.7
6.0
5.3
4.5
3.8
图9
根据表中数据,在方格纸上作出R-
关系图象。
由图象可计算出该干电池的电动势为________V;内阻为______Ω。
(3)为了得到更准确的测量结果,在测出上述数据后,该同学将一只量程为100mV的电压表并联在电流表的两端。
调节电阻箱,当电流表的示数为0.33A时,电压表的指针位置如图9乙所示,则该干电池的电动势应为________V,内阻应为________Ω。
解析
(1)在连接电路前,首先要断开开关,电路中串联的电阻箱或滑动变阻器阻值要调节到最大,所以操作中存在的不妥之处是:
①开关未断开;②电阻箱阻值为零。
(2)根据测量得到的数据,利用描点法先在坐标图中画出数据点,然后用直尺过尽可能多的点画出倾斜的直线,如图所示。
对题图甲,利用闭合电路欧姆定律,可得E=I(R+r),变化成R=E·
-r,对照作出的R-
图象,可知R-
图象的斜率等于电池的电动势,可得E=1.4V,R-
图象在纵轴的截距的绝对值等于电池的内阻,可得r=1.2Ω。
(3)根据电压表的读数规则,题图乙中电压表读数U=66mV,由题述知I=0.33A,根据欧姆定律可得电流表内阻RA=
=0.2Ω。
对题图甲,考虑到电流表内阻,利用闭合电路欧姆定律,可得E=I(R+r+RA),变化成R=E·
-(r+RA),对照作出的R-
图象,可知R-
图象的斜率等于电池的电动势,可得E=1.4V;
R-
图象在纵轴的截距的绝对值等于电池的内阻与电流表内阻之和,可得电池的内阻为1.0Ω。
答案
(1)①开关未断开;②电阻箱阻值为零。
(2)见解析图 1.4(1.30~1.44都算对) 1.2(1.0~1.4都算对)
(3)1.4[结果与
(2)问第一个空格一致] 1.0[结果比
(2)问第二个空格小0.2]
10.(2018·扬州第一学期期末)利用如图10所示的实验装置测量两节干电池组成的电源的电动势和内电阻。
图10
(1)请在图甲中用笔画线代替导线完成电路连接。
(2)在实验操作正确的情况下测得数据记录在下表中,请在图乙中作出U-I图象。
U/V
2.94
2.86
2.81
2.76
2.71
2.62
I/A
0.06
0.12
0.18
0.24
0.30
0.38
(3)根据U-I图象,可得该电池组的电动势E=________V,内电阻r=________Ω。
(结果均保留2位有效数字)
(4)本实验存在系统误差,原因是________________(选填“①电压表分流”或“②电流表分压”前面的序号),由此造成电源内阻测量值________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值。
解析
(1)测电源的电动势和内电阻,应采用电流表内接法,实物连接图如图
所示。
(2)在U-I坐标内,描点连线,如图所示。
(3)图象在纵轴的截距等于电源电动势,斜率的绝对值等于内阻。
故E=3.0V,r=1.0Ω。
(4)本实验存在系统误差,原因是电压表分流,使得电流表示数小于干路电流;外电路短路时,电压表分流为零,实际电流等于电流表电流,电压越大,电压表分流越多,实际电流大于电流表电流越多,图象斜率的绝对值将越大,由此造成电源内阻测量值小于真实值。
答案
(1)见解析图
(2)见解析图 (3)3.0 1.0
(4)① 小于