2023版高考物理一轮复习课后限时作业34实验：测定电源的电动势和内阻含解析新人教版.doc

课后限时作业34　实验：测定电源的电动势和内阻
时间：45分钟

1．在测定电池的电动势和内阻的实验中，待测电池、开关和导线配合下列仪器(电流表和电压表都是理想电表)，不能达到实验目的的是(　D　)
A．一只电流表和一个电阻箱
B．一只电流表、一只电压表和一个滑动变阻器
C．一只电压表和一个电阻箱
D．一只电流表和一个滑动变阻器
解析：一只电流表和一个电阻箱读出两组电流、电阻值，可求出两组相应电阻箱上的电压，便可求E、r；一只电流表、一只电压表和一个滑动变阻器，改变滑动变阻器的阻值，读出两组电流、电压值，便可求E、r；一只电压表和一个电阻箱读出两组电压、电阻值，求出干路电流值，便可求E、r.选项A、B、C均可以达到实验目的．
2．某同学设想运用如图甲所示的实验电路，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最大(选填“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＝34.2 Ω时，电流表A读数仍为I0，则该未知电阻的阻值Rx＝34.2 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＝1.5 Ω，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＝0.5 Ω，电源(内阻忽略不计)的电动势E＝4 V.

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＝34.2 Ω.
(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＝4 V，RA＝0.5 Ω.
3．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1中的甲(选填“甲”或“乙”)．

(2)现有电流表(0～0.6 A)、开关和导线若干，以及以下器材：
A．电压表(0～15 V) B．电压表(0～3 V)
C．滑动变阻器(0～50 Ω) D．滑动变阻器(0～500 Ω)
实验中电压表应选用B；滑动变阻器应选用C.(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2，请标出余下一组数据的对应点，并画出U­I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

答案：见解析图
(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E＝1.50(1.49～1.51) V，内电阻r＝0.83(0.81～0.85) 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P­U关系的是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1.5 V，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＝1.50 V，斜率的绝对值r≈0.83 Ω.
(5)输出功率P＝UI＝U＝－(U－)2＋，应为开口向下的抛物线，C正确．
4．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3 V.
A．量程是0.6 A，内阻约为0.5 Ω的电流表；
B．量程是3 V，内阻是6 kΩ的电压表；
C．量程是15 V，内阻是30 kΩ的电压表；
D．阻值为0～1 kΩ，额定电流为0.5 A的滑动变阻器；
E．阻值为0～10 Ω，额定电流为2 A的滑动变阻器；
F．定值电阻4 Ω，额定功率4 W；
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B(填器材代号)，图甲中的导线应连接到①(选填“①”或“②”)处，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E(填器材代号)．

(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U­I图线如图乙所示，由图线可得该蓄电池的电动势E＝3.2 V，内阻r＝1.3 Ω.(结果保留两位有效数字)

解析：(1)蓄电池的电动势约为3 V，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0.6 A，由R＝得回路中的总电阻不能小于5 Ω，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＝3.2 V，图线斜率的绝对值|k|≈5.3 Ω，减去与电池串联的定值电阻的阻值4 Ω，可得电池的内阻r＝1.3 Ω.

5．图1中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10 000 Ω(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．

答案：见解析图
(2)在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至b端(选填“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2所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1­I2图线．

答案：见解析图
(4)利用所得图线求得电源的电动势E＝1.49(1.48～1.50) V，内阻r＝0.60(0.55～0.65) Ω.(均保留两位小数)
(5)该电路中电源输出的短路电流Im＝2.5(2.3～2.7) A．(保留两位有效数字)
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，故应滑到b端．
(3)如图所示．

(4)由图线上读出两组数值，代入E＝I1(R1＋RA)＋(I1＋I2)r构成方程组联立求解E和r.
解得E≈1.49 V，r≈0.60 Ω.
(5)短路电流Im＝，代入数据求得Im≈2.5 A.
6．某同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E及电阻R1和R2的阻值．实验器材有：待测电源E(不计内阻)，待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V(量程为3 V，内阻很大)，电阻箱R(0～99.99 Ω)，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干．

(1)先测电阻R1的阻值．请将该同学的操作补充完整：
A．闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数R0和对应的电压表示数U1.
B．保持电阻箱示数不变，将S2切换到b，读出电压表的示数U2.
C．则电阻R1的表达式为R1＝.
(2)该同学已经测得电阻R1＝3.2 Ω，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值，其做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图乙所示的­图线，则电源电动势E＝2 V，电阻R2＝0.8 Ω.
解析：(1)由题知，为了多测数据，应将S2切换到b；由欧姆定律有U2＝I(R0＋R1)，U1＝IR0，联立解得R1＝R0；(2)根据E＝U＋(R1＋R2)，变形得＝＋·，对比图象有：＝0.5，得E＝2 V；＝＝2.0，R1＝3.2 Ω，得R2＝0.8 Ω.
7．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电阻，设计了如图甲所示电路，提供的实验器材有：

A．电动车电池一组，电动势约为12 V，内阻未知
B．直流电流表量程300 mA，内阻很小
C．电阻箱R，阻值范围为0～999.9 Ω
D．定值电阻R0，阻值为10 Ω
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将多用表选择开关置于×1 Ω挡，调零后，红黑表笔分别接R0两端，读数为10 Ω，
③将多用表选择开关置于×10 Ω挡，调零后，将红黑表笔分别接电阻箱两端，发现指针读数如图乙所示，则所测阻值为70 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，发生故障的元件是电流表．
(2)在更换规格相同的元件后重新连接好电路．
(3)改变电阻箱的阻值R，分别测出通过阻值为R0＝10 Ω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2(选填方案编号1、2或3)．

(4)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＝－R0.(用k、b和R0表示)
解析：(1)欧姆表表盘读数为“7 Ω”，倍率为“×10”，故所测阻值为70 Ω；故障检测时，除电流表其余部分均没有问题，故问题只能出在电流表处；
(3)为减小电流表的读数误差，电流表指针偏转角度应该尽量大于三分之一，即电流范围为：100 mA≤I≤300 mA，根据欧姆定律，总电阻120 Ω≥R≥40 Ω，扣除定值电阻10 Ω，即电流表内阻和电源内阻加上电阻箱电阻应该大于等于30 Ω而小于等于110 Ω，由于电流表内阻不计，故应该选方案2；
(4)根据闭合电路欧姆定律，有E＝I(r＋R0＋R)，则＝R＋，为对比一次函数y＝kx＋b，R相当于x，相当于k，相当于y，k(r＋R0)相当于b；解得：E＝，r＝－R0.