2019-2020年高中物理 每日一題之快樂暑假 第19天 實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻（含解析）新人教版選修1.doc

2019-2020年高中物理 每日一題之快樂暑假 第19天 實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻（含解析）新人教版選修1考綱要求：難易程度：用如圖所示電路測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)器材：待測(cè)電源（電動(dòng)勢(shì)約3 V，內(nèi)阻約2 ），保護(hù)電阻R1（阻值10 ）和R2（阻值5 ），滑動(dòng)變阻器R，電流表A，電壓表V，開關(guān)S，導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)主要步驟：（a）將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)；（b）減小滑動(dòng)變阻器在電路中的阻值，記下電壓表的示數(shù)U和相應(yīng)電流表的示數(shù)I；（c）以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，作UI圖線（U、I都用國(guó)際單位）；（d）求出UI圖線斜率的絕對(duì)值k和在橫軸上的截距a?；卮鹣铝袉栴}：（1）電壓表最好選用_；電流表最好選用_A電壓表（03 V，內(nèi)阻約15 k）B電壓表（03 V，內(nèi)阻約3 k）C電流表（0200 mA，內(nèi)阻約2 ）D電流表（030 mA，內(nèi)阻約2 ）（2）滑動(dòng)變阻器的滑片從左向右滑動(dòng)，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，兩導(dǎo)線與滑動(dòng)變阻器接線柱連接情況是_。A兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器電阻絲兩端的接線柱B一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱C兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿兩端的接線柱D一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲右端接線柱（3）選用k、a、Rl、R2表示待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r的表達(dá)式E=_，r=_，代入數(shù)值可得E和r的測(cè)量值?！緟⒖即鸢浮浚?）A C （2）B （3）ka kR2【試題解析】（1）電壓表并聯(lián)在電路中，故電壓表內(nèi)阻越大，分流越小，誤差也就越小，因此應(yīng)選內(nèi)阻較大的電壓表A；當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電阻最小時(shí)，通過(guò)電流表電流最大，此時(shí)通過(guò)電流表電流大小約為，因此，電流表選擇C；（3）由閉合電路歐姆定律可知U=EI(r+R2)，對(duì)比伏安特性曲線可知，圖象的斜率為k=r+R2；則內(nèi)阻r=kR2；令U=0，則有，由題意可知，圖象與橫軸截距為a，則有：，解得E=ka?！局R(shí)補(bǔ)給】測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的規(guī)律方法總結(jié)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求E、r的處理方法（1）列多個(gè)方程組求解，再求E、r的平均值。（2）圖象法處理：以端電壓U為縱軸，干路電流I為橫軸，建系、描點(diǎn)、連線，縱軸截距為電動(dòng)勢(shì)E，直線斜率k的絕對(duì)值為內(nèi)阻r。2注意事項(xiàng)（1）為了使端電壓變化明顯，可使用內(nèi)阻較大的舊電池。（2）電流不要過(guò)大，應(yīng)小于0.5 A，讀數(shù)要快。（3）要測(cè)出不少于6組的（U，I）數(shù)據(jù)，變化范圍要大些。（4）若UI圖線縱軸刻度不從零開始，則圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流，應(yīng)根據(jù)r=確定。（5）電流表要內(nèi)接（因?yàn)閞很小）。3誤差來(lái)源（1）偶然誤差：用圖象法求E和r時(shí)作圖不準(zhǔn)確。（2）系統(tǒng)誤差：電壓表分流或電流表分壓。在“用電流表和電壓表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻”的實(shí)驗(yàn)中。（1）備有如下器材A干電池1節(jié)B滑動(dòng)變阻器（020 ）C滑動(dòng)變阻器（01 k）D電壓表（03 V）E電流表（00.6 A）F電流表（03 A）G開關(guān)、導(dǎo)線若干其中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選_，電流表應(yīng)選_。（只填器材前的序號(hào)）（2）某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的UI圖象如圖所示，由圖象可得電池的電動(dòng)勢(shì)為_ V，內(nèi)電阻為_。用兩個(gè)定值電阻和電壓表可以測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)（約3 V）和內(nèi)阻。提供的主要器材有：電阻R1（2.0 ）、R2（9.0 ）、待測(cè)電源、電壓表、開關(guān)S1、單刀雙擲開關(guān)S2、導(dǎo)線若干，實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示。（1）根據(jù)電路圖，將未連接完整的實(shí)物圖連接完整。（2）閉合開關(guān)S1，開關(guān)S2分別接到R1、R2兩電阻，電壓表的讀數(shù)分別為2.0 V、2.7 V，則測(cè)得電動(dòng)勢(shì)為_V，內(nèi)阻為_ 。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）某同學(xué)想測(cè)量某電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，選用器材如下：電流表A1（量程50 mA，內(nèi)阻RA1約為10 ）電流表A2（雙量程，一量程為20 mA，另一量程200 mA）電阻箱R（0999.9 ）定值電阻R0（阻值為4.0 ）開關(guān)兩個(gè)、導(dǎo)線若干該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示電路，并進(jìn)行如下操作：（1）實(shí)驗(yàn)中電流表A2選擇_量程。（2）將開關(guān)S1閉合，S2斷開，調(diào)整電阻箱R，記下電流表A1、A2的示數(shù)I1=30.0 mA、I2=120 mA，則電流表A1的內(nèi)阻RA1=_。（結(jié)果保留一位小數(shù)）（3）保持S1閉合，再閉合S2，調(diào)整電阻箱R，記下電阻箱阻值分別為30.0 、90.0 時(shí)對(duì)應(yīng)的電流表A1的示數(shù)分別為25.0 mA、10.0 mA。由此可求得E=_V，r=_。（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）在測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室提供了合適的的實(shí)驗(yàn)器材。圖a 圖b 圖c（1）甲同學(xué)按圖a中的實(shí)線連接電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中定值電阻的作用是_。由電壓表讀數(shù)U和電流表讀數(shù)I，畫出UI圖線如圖b所示，可得電源的電動(dòng)勢(shì)E=_V，內(nèi)電阻r=_。（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）（2）乙同學(xué)因?yàn)榇中模噙B接了一根導(dǎo)線，如圖a中的虛線所示。由電壓表的讀數(shù)U和電流表的讀數(shù)I，畫出UI圖線如圖c所示。乙同學(xué)分析了圖象出現(xiàn)異常的原因后，認(rèn)為由圖c也可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，則由圖c可得電源的電動(dòng)勢(shì)E=_V，內(nèi)電阻r=_。（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，電路中的各個(gè)器材元件的參數(shù)為電池組（電動(dòng)勢(shì)約9 V，內(nèi)阻r約6 ）、電流表（量程2.0 A，內(nèi)阻rA =1.4 ）、電阻箱R1（099.9 ）、滑動(dòng)變阻器R2（0R）、開關(guān)三個(gè)及導(dǎo)線若干。他們認(rèn)為該電路可以用來(lái)測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻和R2接入電路的阻值。（1）同學(xué)甲先利用該電路準(zhǔn)確地測(cè)出了R2接入電路的阻值。他的主要操作步驟：先將滑動(dòng)變阻器滑片調(diào)到某位置，接著閉合S、S2，斷開S1，讀出電流表的示數(shù)I；再閉合S、S1，斷開S2，調(diào)節(jié)電阻箱的電阻值為4.0 時(shí)，電流表的示數(shù)也為I。此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為_。（2）同學(xué)乙接著利用該電路測(cè)出了電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。他的實(shí)驗(yàn)步驟：a在閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)電阻R1或R2至_（選填“最大值”或“最小值”），之后閉合開關(guān)S，再閉合_（選填“S1”或“S2”）；b調(diào)節(jié)電阻_（選填“R1”或“R2”），得到一系列電阻值R和電流I的數(shù)據(jù)；c斷開開關(guān)，整理實(shí)驗(yàn)儀器。圖乙是他由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的圖象，由此可得電源電動(dòng)勢(shì)E= _V，內(nèi)阻r= _。（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）【參考答案】（1）B E （2）1.5 （1）為了操作方便，應(yīng)選擇較小的滑動(dòng)變阻器，故選用B，電路中電流較小，所以選用電流表E；（2）根據(jù)，可知UI圖象縱軸截距即為電動(dòng)勢(shì)，圖象斜率絕對(duì)值即為內(nèi)阻r，所以E=1.5 V，。（1）如圖所示（2）3.0 1.0（1）根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路圖，如圖所示：（2）在閉合電路中，電源電動(dòng)勢(shì)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得：及，解得：E=3.0 V，r=1.0 。（1）200 mA （2）12.0 （3）4.0 7.0（1）由電路圖可知，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，A2與并聯(lián)部分串聯(lián)，則A2電流應(yīng)大于A1中電流，故A2量程應(yīng)選擇大于50 mA，故選200 mA；（2）根據(jù)串并聯(lián)電路規(guī)律可知，流過(guò)定值電阻的電流I=120 mA30 mA=90 mA，并聯(lián)電路的電壓U=IR0，則電流表A1內(nèi)阻；（3）電流表A1和電阻R0的并聯(lián)電阻為，由串并聯(lián)電路的特點(diǎn)和閉合電路歐姆定律可得，代入數(shù)據(jù)解得E=4.0 V，r=7.0 。（2）由乙同學(xué)的電路接法可知，滑動(dòng)變阻器左右兩部分并聯(lián)后與定值電阻串聯(lián)，則可知，在滑片移動(dòng)過(guò)程中，滑動(dòng)變阻器接入電阻先增大后減小，則路端電壓先增大后減小，所以出現(xiàn)圖c所示的圖象，則由圖象可知，當(dāng)電壓為2.5 V時(shí)，電流為0.5 A，此時(shí)兩部分電阻相等，則總電流為I1=1 A；而當(dāng)電壓為2.4 V時(shí)，電流分別對(duì)應(yīng)0.33 A和0.87 A，則說(shuō)明當(dāng)電壓為2.4 V時(shí)，干路電流為I2=0.33 A+0.87 A=1.2 A；則根據(jù)閉合電路歐姆定律可得：2.5=Er，2.4=E1.2r，解得：E=3.0 V，r=0.50 。（1）4.0 （2）最大值 S1 R1 9.0 5.8（1）用等值替代法可測(cè)出R2接入電路的阻值，電阻箱的示數(shù)等于接入電路的阻值為4.0 ；（2）要用電阻箱與電流表結(jié)合測(cè)量電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻，則要改變電阻箱的值，則在閉合開關(guān)前，調(diào)節(jié)電阻R1或R2至最大值，之后閉合開關(guān)S，再閉合S1。調(diào)節(jié)電阻R1得到一系列電阻值R和電流I的數(shù)據(jù)；由閉合電路歐姆定律可得，即；由上式可知：圖線的斜率是電動(dòng)勢(shì)的倒數(shù)，圖象的斜率為，可得E=9.0 V，圖線在縱軸上的截距是，可得。