第十章 实验四 测定电源的电动势和内阻

第十章实验四测定电源的电动势和内阻1．用如图实－4－10所示的电路测量电池电动势和内电阻时，若有两只电压表V1、V2量程相同，内阻分别为R V1、R V2，且R V1>R V2；两只电流表A1、A2 图实－4－10量程相同，内阻分别为R A1、R A2，且R A1>R A2，在实验中，为了使E、r的测量值更精确一些，选择的电表可以是() A．V1与A1B．V1与A2C．V2与A1D．V2与A2解析：本实验的系统误差主要来源于电压表内阻对电路的影响，电压表内阻越大，电流表所测电流越接近于干路中的电流的真实值，所测电池的内阻也越接近电池内阻的真实值，故电压表选用内阻大的好，而电流表内阻对本实验无影响，因为电流表内阻与R是串联，不需知道R与R A的值，故电流表选用哪一个都可以．故选A、B.答案：AB2．某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为0～20 Ω，连接电路的实物图如图实－4－11所示．该学生接线中错误的和不规范的做法是()图实－4－11A．滑动变阻器不起变阻作用B．电流表接线有错C．电压表量程选用不当D．电压表接线不妥解析：由图中接线可知，滑动变阻器连成定值电阻起不到变阻作用，电流表正、负极连错，电压表始终有读数，电压表量程为3 V符合实验要求，电压表接线应接到开关外侧，故A、B、D三项中不规范．答案：ABD3．在测一节干电池(电动势约为1.5 V ，内阻约为2 Ω)的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选用：A 电压表量程为15 V ，B 电压表量程为3 V ，A 变阻器为(0～20 Ω，3 A)，B 变阻器为(0～500 Ω，0.2 A)．电压表应该选____(选填“A ”或“B ”)，这是因为__________________；变阻器应该选____(选填“A ”或“B ”)，这是因为________________________________________________．解析：干电池的电动势1.5 V ，而A 电压表量程是电动势(1.5 V)的10倍，读数误差较大，故应选B 电压表；B 变阻器的电阻值太大，额定电流又过小，故应选A 变阻器． 答案：B A 电压表量程过大，读数误差较大A B 变阻器额定电流过小，阻值太大4．某研究性学习小组利用图实－4－12甲所示电路测量电池组的电动势E 和内阻r .根据实验数据绘出如图实－4－12乙所示的R －1I图线，其中R 为电阻箱读数，I 为电流表读数，由此可以得到：E ＝________V ，r ＝________Ω.图实－4－12解析：由E ＝I (R ＋r )得，R ＝E I －r ，则R －1I图象的斜率即为电池组电动势的大小，即E ＝2.4(或2.5) V ，图象纵轴截距的绝对值为电池组的内阻r ＝1 Ω.答案：2.4(或2.5) 15．某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一节1.5 V 的干电池外，还有一个方形的电池(层叠电池)，如图实－4－13甲所示．为了测定该电池的电动势和内电阻，实验室提供了下列器材：图实－4－13A ．电流表G(满偏电流10 mA ，内阻10 Ω)B ．电流表A(0～0.6 A ～3 A ，内阻未知)C ．滑动变阻器R (0～100 Ω，1 A)D ．定值电阻R 0(阻值990 Ω)E ．开关与导线若干(1)请根据实验器材，自行设计电路画在方框乙中．(2)丙图为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I 1－I 2图线(I 1为电流表G 的示数，I 2为电流表A 的示数)，则由图线可以得到被测电池的电动势E ＝________V ，内阻r ＝________Ω.解析：(1)器材中给出了一个内阻已知的电流表G 和一个定值电阻R 0，可考虑将它们改装成一个量程为10 V 的电压表，然后用伏安法测层叠电池的电动势和内阻．因电流表A 的内阻未知，故需用安培表外接法，电路图见答案．(2)由电路结构有E ＝I 1(R 0＋R G )＋(I 1＋I 2)r ，由I 1－I 2图线知I 1与I 2相差两个数量级，则可认为I 1＋I 2≈I 2，故有I 1＝－r R 0＋R G I 2＋E R 0＋R G .再结合I 1－I 2图线可得E R 0＋R G＝9.0 mA ，r R 0＋R G＝1.0×10－2，有E ＝9.0 V ，r ＝10.0 Ω. 答案：(1)电路图(2)9.0 10.06．(2010·南昌联考)现有一种特殊的电池，它的电动势E 约为9 V ，内阻r 约为50 Ω，已知该电池允许输出的最大电流为50 mA ，为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图实－4－14所示的电路进行实验，图中电压表的内阻很大，对电路的影响可不考虑，R 为电阻箱，阻值范围0～9999 Ω，R 0是定值电阻，起保护电路的作用．(1)实验室备有的定值电阻R 0有以下几种规格：A ．10 Ω 2.5 WB ．100 Ω 1.0 WC ．200 Ω 1.0 WD ．2000 Ω 5.0 W本实验应选________．(2)该同学接入符合要求的R 0后，闭合开关S ，调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数，改变电阻箱阻值，取得多组数据，作出了如图实－4－15所示的图线(已知该直线在y 轴的截距为0.1 V －1)．则根据该同学所作出的图线可求得电池的电动势E 为________V ，内阻r 为________Ω.图实－4－14 图实－4－15解析：根据电池的参数，起保护作用的定值电阻的最小值为R ＝E I －r ＝950×10－3Ω－50 Ω＝130 Ω，所以定值电阻应选C ；由题中所给图线，根据闭合电路欧姆定律可知：E ＝U ＋U R ＋R 0r ⇒1U ＝1E ＋1R ＋R 0·r E，纵截距为电动势的倒数，故电源电动势的值为10 V ；电源的内电阻为图线的斜率的E 倍，即r E ＝0.550.12⇒r ＝46 Ω. 答案：(1)C (2)10 46±27．某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5 Ω的保护电阻R 0，实验电路如图实－4－16甲所示．(1)连好电路后，当该同学闭合开关时，发现电流表示数为0，电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未发生短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a 、b ，b 、c ，d 、e 时，示数均为0，把两表笔接c 、d 时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是________．(2)按电路原理图甲及用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接c 、d 时的实物电路图乙用笔画线代替导线连接起来．图实－4－16图实－4－17(3)排除故障后，该同学顺利完成实验，测定下列数据，根据数据在下面坐标图中画出U-I图线，由图实－4－17知：电池的电动势为________________________________________________________________________，内阻为______．(4)考虑电表本身电阻对测量结果的影响，造成本实验的系统误差的原因是：________________________________________________________________________.(5)实验所得的电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较，E测______E真，r测____r真．(填“<”、“＝”或“>”)解析：(1)由两表笔接c、d时，多用电表示数与电压表示数相同知断点必在c、d两点之间，而各接线柱接触良好，则必是R发生了断路．(2)如图所示．(3)U－I图如图所示，由U＝－I(r＋R0)＋E及所测数据，可求得E和r.E＝1.5 V，r ＝0.5 Ω.(4)因电压表不是理想电表，电流表外接造成测得电流比通过电源的电流偏小．(5)测得电动势实为只将电压表接在电源上时测得的电压，测得内阻实为将电压表为电源内阻并联后的总电阻，故电动势和内电阻测量值均小于真实值．答案：(1)R断路(2)见解析(3)U－I图线见解析 1.5 V0.5 Ω(4)电压表电阻分流(5)<<8．(2010·湖北随州模拟)两位同学在实验室中利用如图实－4－18(a)所示的电路测定定值电阻R0、电源的电动势E和内电阻r，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一个同学记录的是电流表A和电压表V1的测量数据，另一同学记录的是电流表A和电压表V2的测量数据．并根据数据描绘了如图实－4－18(b)所示的两条U－I 图线．回答下列问题：图实－4－18(1)根据甲、乙两同学描绘的图线，可知()A．甲同学是根据电压表V1和电流表A的数据B．甲同学是根据电压表V2和电流表A的数据C．乙同学是根据电压表V1和电流表A的数据D．乙同学是根据电压表V2和电流表A的数据(2)图象中两直线的交点表示的物理意义是()A．滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端B．电源的输出功率最大C．定值电阻R0上消耗的功率为0.5 WD．电源的效率达到最大值(3)根据图(b)，可以求出定值电阻R0＝________Ω，电源电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.(4)该电路中电流表的读数能否达到0.6 A，试说明理由．解析：(1)从电路连接可以看出，电流表A的读数增大时，电压表V1的读数减小，电压表V2的读数增大．甲同学是根据电压表V1和电流表A的数据绘制图象的，B错误，A正确；乙同学是根据电压表V2和电流表A的数据绘制图象的，C错误，D正确．(2)图象中两直线的交点表示电压表V1的读数与电压表V2的读数相等，即滑动变阻器的阻值为0，滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端，A错误；从图象可以得出电阻R0的阻值大于电源的内阻，滑动变阻器的阻值减小，电源的输出功率增大，两直线的交点对应滑动变阻器的阻值为0，即电源的输出功率最大，B正确；定值电阻R0消耗的功率为：P＝U2I＝1.0×0.5 W＝0.5 W，C正确；电源的效率为：η＝UI/(EI)＝U/E，U越大，效率越大，D错误．(3)从图象可以得出定值电阻R0的阻值为：R0＝U2/I＝1.0/0.5 Ω＝2.0 Ω；从甲同学的图象可以得出图象在U轴上的截距为1.50 V，即电源的电动势为1.50 V，图象斜率的绝对值为：k＝ΔU1/ΔI＝0.5/0.5＝1.0，即电源的内阻为r＝1.0 Ω.(4)该电路中电流表的读数为：I＝E/(R＋R0＋r)，当R最小时，电流最大，最大值为：I m＝E/(R0＋r)＝1.5/(2.0＋1.0) A＝0.5 A，该电路中电流表的读数不能达到0.6 A.答案：(1)AD(2)BC(3)2.0 1.50 1.0(4)见解析。