2014年高考物理復(fù)習(xí) 第7章 實(shí)驗(yàn)9 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻訓(xùn)練題（含解析） 新人教版

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1、實(shí)驗(yàn)九　測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 考綱解讀1.掌握用電流表和電壓表測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法.2.掌握用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法.3.掌握實(shí)物圖連接的技巧． 基本實(shí)驗(yàn)要求 1．實(shí)驗(yàn)原理 (1)閉合電路的歐姆定律． (2)E和r的求解：由U＝E－Ir得，解得E、r. (3)用作圖法處理數(shù)據(jù)，如圖1所示． ①圖線與縱軸交點(diǎn)為E； 圖1 ②圖線與橫軸交點(diǎn)為I短＝； ③圖線的斜率表示r＝. 2．實(shí)驗(yàn)器材 電池、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙和刻度尺． 3．基本操作 (1)連接電路． (2)電流表用0.6 A的量程，電壓表用3 V的量

2、程； (3)把滑動(dòng)變阻器調(diào)到最大阻值處； (4)閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器，使表有明顯的示數(shù)，記下一組數(shù)據(jù)，同理記錄多組數(shù)據(jù)． 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U－I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

3、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. 考點(diǎn)一　對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及數(shù)據(jù)處理的考查 例1　(2012·重慶理綜·22(2))某中學(xué)生課外科技活動(dòng)小組利用銅片、鋅片和家鄉(xiāng)盛產(chǎn)的柑橘制作了果汁電池，他們測(cè)量這種電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，并探究電極間距對(duì)E和r的影響．實(shí)驗(yàn)器材如圖2所示． 圖2 ①測(cè)量E和r的實(shí)驗(yàn)方案為：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變電源兩端的電壓U和流過電源的電流I，依據(jù)公式________，利用測(cè)量數(shù)據(jù)作出U－I圖象，得出E和r. ②將電壓表視為理

4、想表，要求避免電流表分壓作用對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，請(qǐng)?jiān)趫D2中用筆畫線代替導(dǎo)線連接電路． ③實(shí)驗(yàn)中依次減小銅片與鋅片的間距，分別得到相應(yīng)果汁電池的U－I圖象如圖3中(a)、(b)、(c)、(d)所示，由此可知： 在該實(shí)驗(yàn)中，隨電極間距的減小，電源電動(dòng)勢(shì)________(填“增大”、“減小”或“不變”)，電源內(nèi)阻________(填“增大”、“減小”或“不變”)． 曲線(c)對(duì)應(yīng)的電源電動(dòng)勢(shì)E＝______V，內(nèi)阻r＝______Ω.當(dāng)外電路總電阻為2 500 Ω時(shí)，該電源的輸出功率P＝________mW.(均保留三位有效數(shù)字) 圖3 解析?、俦绢}是利用伏安法測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，由E

5、＝U＋I(xiàn)r得U＝E－Ir. ②連接電路圖要從電源正極出發(fā)，先連接串聯(lián)部分，最后再進(jìn)行并聯(lián)，并注意電壓表、電流表的正、負(fù)接線柱，以防接反． ③在電源的U－I圖象中，縱軸截距表示電源電動(dòng)勢(shì)，斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻，由題圖可得，電極間距減小時(shí)，電源電動(dòng)勢(shì)不變，內(nèi)阻增大．對(duì)圖線(c)，由圖得：E＝0.975 V，內(nèi)阻r＝|k|＝＝478 Ω.當(dāng)R＝2 500 Ω時(shí)，P＝I2R＝R，代入數(shù)據(jù)可得：P≈0.268 mW. 答案　①U＝E－Ir?、谌鐖D所示 ③不變　增大　0.975　478　0.268 實(shí)物圖連接的技巧 實(shí)物圖連接是一類考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和操作能力較為有效的題型，連線前

6、一 定要畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，然后按圖連線，且必須注意以下幾點(diǎn)：(1)連線不能交叉； (2)必須把線接在接線柱上；(3)電流應(yīng)從電表正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出； (4)變阻器應(yīng)處在有效控制狀態(tài)．在實(shí)際操作中，畫電路圖時(shí)，各元件的相對(duì)位置 應(yīng)盡量與實(shí)物圖相吻合；連實(shí)物圖時(shí)，應(yīng)先串后并，先連控制電路后連測(cè)量電路． 要特別注意變阻器的分壓連接，把變阻器的全電阻、開關(guān)、電源連成干路，取變 阻器的部分電阻與測(cè)量電路并聯(lián)即可． 考點(diǎn)二　對(duì)實(shí)驗(yàn)故障的判斷的考查 例2　在做測(cè)量一只蓄電池(電動(dòng)勢(shì)約為2.2 V，內(nèi)阻很小)的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)時(shí)，備有下列器材供選用： A．定值電阻(阻值已知

7、為R1＝1 Ω，額定功率約5 W) B．定值電阻(阻值已知為R2＝10 Ω，額定功率約10 W) C．直流電流表(量程0～0.6 A～3 A，內(nèi)阻不能忽略) D．直流電壓表(量程0～3 V～15 V，內(nèi)阻較大) E．滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0～10 Ω) F．滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0～1 000 Ω) G．電鍵 H．導(dǎo)線若干 (1)為防止電源短路，用作保護(hù)電阻的定值電阻選用______(填“A”或“B”)；滑動(dòng)變阻器選用________(填“E”或“F”)． (2)某同學(xué)將選定的器材在實(shí)物圖4上連線完成了實(shí)驗(yàn)電路，閉合電鍵后無論怎樣移動(dòng)滑片P，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)約為2.2 V不變，電流

8、表的示數(shù)幾乎為零，若電路中只有一處故障，則電路故障可能是下述中的________． A．b、c間斷路 B．a(chǎn)、b間某點(diǎn)電阻絲斷路 C．P與電阻絲未接通 D．保護(hù)電阻斷路 圖4 (3)排除故障后，某小組討論發(fā)現(xiàn)圖中有一條導(dǎo)線連接錯(cuò)誤，請(qǐng)?jiān)阱e(cuò)誤導(dǎo)線上畫上“×”，并畫出正確接線． (4)改正錯(cuò)誤后按正確操作完成實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，將測(cè)量數(shù)據(jù)描點(diǎn)如圖5，請(qǐng)?jiān)趫D上作出相應(yīng)圖象．則待測(cè)蓄電池的電動(dòng)勢(shì)E為________V，內(nèi)阻r為________Ω.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) 圖5 解析　(1)如用R2＝10 Ω的定值電阻，則電流過小，與U－I圖象不符，無法完成實(shí)驗(yàn)，因此應(yīng)選A.

9、滑動(dòng)變阻器應(yīng)選E，因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器F阻值過大，不易調(diào)節(jié)． (2)電壓表有示數(shù)約為2.2 V且不變，說明a、c之間斷路，選項(xiàng)A、C正確． (3)由于電源內(nèi)阻很小，電流表一定外接． (4)根據(jù)作出的圖象知，縱軸截距為電動(dòng)勢(shì)E＝2.20 V，(2.10 V～2.30 V皆可) k＝||＝R1＋r，所以r＝0.500 Ω(0.400 Ω～0.600 Ω皆可)． 答案　(1)A　E　(2)AC (3)圖線如圖所示 (4)2.20(2.10～2.30)　0.500(0.400～0.600) 測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的其他幾種方法 1．安阻法：用一個(gè)電流表和電阻箱測(cè)量，電路如圖6所示

10、，測(cè)量原理為：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，此種方法使測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)無偏差，但內(nèi)阻偏大． 圖6 2．伏阻法：用一個(gè)電壓表和電阻箱測(cè)量，電路如圖7所示，測(cè)量原理為：E＝U1＋r，E＝U2＋r.由此可求出r和E，此種方法測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻均偏?。? 圖7 3．伏伏法：用兩個(gè)電壓表可測(cè)得電源的電動(dòng)勢(shì)，電路如圖8所示．測(cè)量方法為：斷開S，測(cè)得V1、V2的示數(shù)分別為U1、U2，此時(shí)，E＝U1＋U2＋r，RV為V1的內(nèi)阻；再閉合S，V1的示數(shù)為U1′，此時(shí)E＝U1′＋r，解方程組可求得E、r. 圖8 4．粗測(cè)法：用一只電壓表粗測(cè)電動(dòng)勢(shì)，直接將電壓表接在電

11、源兩端，所測(cè)值近似認(rèn)為是電源的電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)U＝≈E，需滿足RV?r. 例3　某研究性學(xué)習(xí)小組采用如圖9所示的電路測(cè)量某干電池的電動(dòng)勢(shì) E和內(nèi)阻r，R為電阻箱，V為理想電壓表，其量程略大于電池的電 動(dòng)勢(shì)．實(shí)驗(yàn)中通過多次改變電阻箱的阻值R，從電壓表上讀出相應(yīng)的 示數(shù)U，該小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)U與R不成線性關(guān)系，于是求出了相應(yīng)的 圖9 電阻與電壓的倒數(shù)如下表所示. 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 (Ω－1) 0.1 0.4 0.5 1.0 2.0 2.5 5.0 (V－1) 0.36 0.44 0.43 0.60 0.87 1.00 1.58

12、 回答下列問題： (1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)原理，你認(rèn)為第______(填序號(hào))組數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D10所給的坐標(biāo)系中繪出－關(guān)系圖線． 圖10 (3)由圖線可知，該干電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________ V，內(nèi)阻r＝________ Ω.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 解

13、析　(1)根據(jù)E＝U＋r，得＝·＋，知變大，就變大，故第3組數(shù)據(jù)錯(cuò)誤． (2)根據(jù)給定的各組、值在坐標(biāo)系中描出位置，然后依據(jù)這些位置作出－圖線，如圖所示． (3)根據(jù)＝·＋知，縱軸截距是電動(dòng)勢(shì)的倒數(shù)，斜率是，有＝0.35，＝，得E≈2.9 V，r≈0.71 Ω. 答案　(1)3　隨著電阻的減小路端電壓應(yīng)逐漸減小 (2)見解析圖　(3)2.9　0.71 1．(1)用電壓表、電流表測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)，采用的是下列________電路圖． (2)某同學(xué)將和測(cè)得的數(shù)值逐一描繪在坐標(biāo)紙上，再根據(jù)這些點(diǎn)分別畫出了圖線a與b，如圖11所示，你認(rèn)為比較合理的是圖線_____

14、___(填“a”或“b”)． 圖11 (3)根據(jù)該圖線得到電源電動(dòng)勢(shì)的大小是________V；內(nèi)阻是________Ω(結(jié)果保留兩位小數(shù))． 答案　(1)D　(2)a　(3)1.45　0.94 解析　(1)測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，原理是閉合電路的歐姆定律，電壓表要測(cè)量路端電壓，電流表要測(cè)量電路中的總電流，所以A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；為了使內(nèi)阻測(cè)量準(zhǔn)確，電流表要采用內(nèi)接法，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確． (2)描出點(diǎn)后應(yīng)用直線把各點(diǎn)連接起來，所以選a. (3)利用圖象縱軸上的截距求得電動(dòng)勢(shì)為1.45 V，曲線的斜率絕對(duì)值為電源的內(nèi)阻，約為0.94 Ω. 2．(2012·福建理綜·

15、19(2))某研究性學(xué)習(xí)小組欲測(cè)定一塊電池的電動(dòng)勢(shì)E. ①先直接用多用電表測(cè)定該電池電動(dòng)勢(shì)．在操作無誤的情況下，多用電表表盤示數(shù)如圖12，其示數(shù)為________V. 圖12 ②然后，用電壓表、電阻箱R、定值電阻R0、開關(guān)S、若干導(dǎo)線和該電池組成電路，測(cè)定該電池電動(dòng)勢(shì)． (i)根據(jù)電路圖14，用筆畫線代替導(dǎo)線，將實(shí)物圖13連接成完整電路． 　 　　　　圖13　　　　　　　　　　圖14 (ii)閉合開關(guān)S，調(diào)整電阻箱阻值R，讀出電壓表相應(yīng)示數(shù)U.該學(xué)習(xí)小組測(cè)出大量數(shù)據(jù)，分析篩選出下表所示的R、U數(shù)據(jù)，并計(jì)算出相應(yīng)的與的值．請(qǐng)用表中數(shù)據(jù)在圖15上描點(diǎn)，并作出－圖線. R(Ω)

16、 166.7 71.4 50.0 33.3 25.0 20.0 U(V) 8.3 5.9 4.8 4.2 3.2 2.9 (×10－2Ω－1) 0.60 1.40 2.00 3.00 4.00 5.00 (V－1) 0.12 0.17 0.21 0.24 0.31 0.34 圖15 (iii)從圖線中可求得E＝________ V. 答案　見解析 解析?、僮x出示數(shù)為：9.4 V. ②(i)連線如圖所示． (ii)作圖線如圖所示 (iii)由閉合電路歐姆定律得E＝U＋(r＋R0)，變形得＝＋·，從上式看出在－圖象中，縱

17、軸的截距即為，由圖象得出截距為0.10，所以E＝10.0 V(9.5 V～11.1 V內(nèi)均正確)． 3．某同學(xué)在“用電流表和電壓表測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中， 串聯(lián)了一只2.5 Ω的保護(hù)電阻R0，實(shí)驗(yàn)電路如圖16所示． (1)連好電路后，當(dāng)該同學(xué)閉合電鍵時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為0， 電壓表示數(shù)不為0.檢查各接線柱均未接錯(cuò)，接觸良好且未 圖16 發(fā)生短路；他用多用電表的電壓擋檢查電路，把兩表筆分別接a、b，b、c，d、e時(shí)，示數(shù)均為0，把兩表筆接c、d時(shí)，示數(shù)與電壓表示數(shù)相同，由此可推斷故障是________________． (2)按電路原理圖及用多用電表的電壓擋檢查電路，把

18、兩表筆分別接c、d時(shí)的實(shí)物電路圖如圖17所示，請(qǐng)以筆畫線代替導(dǎo)線連接起來． 圖17 答案　見解析 解析　(1)根據(jù)電流表示數(shù)為零，可以確定是斷路故障，根據(jù)電壓檢測(cè)情況，可以確定故障是滑動(dòng)變阻器R斷路． (2)如圖所示 4．在“測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中，因找不到合適的電流表，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖18所示的測(cè)量電路，圖中器材規(guī)格如下： 圖18 電源E(電動(dòng)勢(shì)約為3 V，內(nèi)阻未知) 電壓表V1(量程0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ) 電壓表V2(量程0～3 V，內(nèi)阻很大) 滑動(dòng)變阻器R(0～20 Ω) 定值電阻R0＝2 Ω (1)請(qǐng)根據(jù)電路圖在圖19中完成實(shí)物連線

19、． 圖19 (2)下表是該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格，請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖20所示坐標(biāo)紙中作出U1－U2圖線. U1(V) 2.79 2.68 2.57 2.44 2.36 2.27 U2(V) 0.38 0.60 0.82 1.01 1.23 1.40 圖20 (3)根據(jù)圖線可求得電源電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 答案　(1)實(shí)物連線如圖所示 (2)如圖所示 (3)2.98(2.96～3.00)　1.03(1.01～1.05) 解析　(3)由于R0為定值電阻，所以即為干路總電流．由畫出的U

20、1－U2圖可知，E＝2.98 V(2.96 V～3.00 V都對(duì))，當(dāng)U1＝2.00 V時(shí)，U2＝1.9 V，此時(shí)I＝＝0.95 A．由r＝k＝||＝1.03 Ω(1.01 Ω～1.05 Ω都對(duì))． 5．在“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中 (1)第一組同學(xué)利用如圖21所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量，電壓表應(yīng)選擇量程________(填“3 V”或“15 V”)，實(shí)驗(yàn)后得到了如圖22所示的U－I圖象，則電池內(nèi)阻為________Ω.(電壓表、電流表均為理想電表) 　 圖21　　　　　　圖22 (2)第二組同學(xué)也利用圖21的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量另一節(jié)干電池，初始時(shí)滑片P在最右端，但由于滑動(dòng)變阻器某處發(fā)生斷

21、路，合上電鍵后發(fā)現(xiàn)P向左滑過一段距離后電流表才有示數(shù)．設(shè)滑片P向左滑動(dòng)的距離為x，該組同學(xué)分別作出了電壓表讀數(shù)U與x、電流表讀數(shù)I與x的關(guān)系圖，如圖23所示，則根據(jù)圖象可知，電池的內(nèi)阻為________Ω. 　 圖23 答案　(1)3 V　1.50　(2)1.0 解析　(1)考慮到實(shí)驗(yàn)的精確度，電壓表量程應(yīng)選3 V，由圖象：r＝||＝1.50 Ω. (2)由U－x圖知，當(dāng)x<5 cm時(shí)，U＝1.50 V不變，說明斷點(diǎn)就在x＝5 cm處，且電動(dòng)勢(shì)E＝1.50 V；當(dāng)x＝5 cm時(shí)，I＝0.15 A．由E＝U＋I(xiàn)r知：1.50＝1.35＋0.15r，所以算得r＝1.0 Ω. 6．小明要

22、測(cè)量一電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，實(shí)驗(yàn)器材有：一只DIS電流傳感器(可視為理想電流表，測(cè)得的電流用I表示)，一只電阻箱(阻值用R表示)，一只開關(guān)和導(dǎo)線若干．該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖24所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和采集數(shù)據(jù)． 圖24 (1)小明設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)的原理表達(dá)式是________(用E、r、I、R表示)； (2)小明在閉合開關(guān)之前，應(yīng)先將電阻箱阻值調(diào)至________(選填“最大值”、“最小值”或“任意值”)，在實(shí)驗(yàn)過程中，將電阻箱調(diào)至如圖25所示位置，則此時(shí)電阻箱接入電路的阻值為________Ω； 圖25 (3)小明根據(jù)實(shí)驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)作出如圖26所示的－R圖象，則由圖象求得，該電源的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)． 圖26 答案　(1)E＝I(R＋r)　(2)最大值　25　(3)6.0(5.8～6.2均可)　2.4(2.3～2.5均可) 解析　(1)在閉合電路中，E、I、R、r幾個(gè)量之間的關(guān)系是E＝I(R＋r)． (2)為了整個(gè)電路的安全，所以開始電流要小，即電阻箱電阻調(diào)到最大值；題圖中電阻箱讀數(shù)為25 Ω. (3)根據(jù)E＝I(R＋r)，推出＝＋，再結(jié)合－R圖象可知：圖線的斜率為，截距為，解得E＝6.0 V(5.8～6.2均可)，r＝2.4 Ω(2.3～2.5均可)．