2019版高考物理總復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新增分 專題十 測定電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案
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1、 實(shí)驗(yàn)十 測定電源的電動勢和內(nèi)阻 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1.進(jìn)一步理解閉合電路歐姆定律,掌握用電壓表和電流表測量電源電動勢和內(nèi)阻的方法。 2.掌握用圖象法求電動勢和內(nèi)阻的方法;理解并掌握路端電壓U與干路電流I的關(guān)系圖象(即U-I圖象)與縱、橫坐標(biāo)軸交點(diǎn)坐標(biāo)的意義以及圖象斜率的意義。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1.實(shí)驗(yàn)依據(jù):閉合電路歐姆定律。 2.實(shí)驗(yàn)電路:如圖1所示。 3.E和r的求解 (1)由U=E-Ir,得, 解得。 (2)作圖法處理數(shù)據(jù):由U=E-Ir,得:圖象與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值為E,圖線斜率絕對值為r。 三、實(shí)驗(yàn)器材 電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、
2、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、刻度尺、鉛筆等。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.連接電路 電流表用0.6 A量程,電壓表用3 V量程,按圖1連接好電路。 2.測量與記錄 (1)把滑動變阻器的滑片移動到使接入電路的阻值最大的一端。 (2)閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù)(I1、U1)。用同樣方法測量幾組I、U值。填入表格。 第1組 第2組 第3組 第4組 第5組 第6組 U/V I/A (3)斷開開關(guān)、拆除電路、整理器材。 五、數(shù)據(jù)處理 本實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的處理方法有兩種,一是聯(lián)立方程求解的公式法,二是描點(diǎn)作圖法。 1
3、.公式法:取六組對應(yīng)的U、I數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)滿足關(guān)系式U1=E-I1r、U2=E-I2r、U3=E-I3r、…讓第1式和第4式聯(lián)立方程、第2式和第5式聯(lián)立方程、第3式和第6式聯(lián)立方程,這樣解得三組E、r的值,取其平均值作為電池的電動勢E和內(nèi)阻r的大小。 2.作圖法:以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立U-I坐標(biāo)系,如圖2在坐標(biāo)平面內(nèi)描出各組(I,U)值所對應(yīng)的點(diǎn),然后盡量多地通過這些點(diǎn)作一條直線,不在直線上的點(diǎn)大致均勻地分布在直線兩側(cè),則直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即是電池電動勢E的大小(一次函數(shù)的縱軸截距),直線的斜率大小即為電池的內(nèi)阻r。 六、誤差分析 1.圖象法分析兩種常見電路圖的誤差
4、
(1)當(dāng)采用如圖甲所示的電路測量時,在理論上E=U+(IV+I(xiàn)A)r,其中電壓表示數(shù)U是準(zhǔn)確的電源兩端電壓,反映到U-I圖象上,當(dāng)電壓值為真實(shí)值時,所測電流小于真實(shí)的電流,導(dǎo)致圖線在U軸上的截距偏小(如圖乙中帶箭頭線段IV為差值),而且電壓表示數(shù)越大,IV越大。
從圖乙可以得到:
①當(dāng)電壓表示數(shù)為零時,IV=0,IA=I短,短路電流測量值等于真實(shí)值;
②E測 5、線段UA為差值),而且電流表示數(shù)越大,UA越大,當(dāng)電流表示數(shù)為零時,UA=0,電壓表示數(shù)為準(zhǔn)確值,等于E。
從圖丁可以得到:
①電流為零時,E為真實(shí)值;
②I短測r真,r測實(shí)際是r和RA的串聯(lián)值。
這時,r測的值誤差非常大。
2.電表讀數(shù)帶來誤差。
3.如果將六組數(shù)據(jù)按先后順序兩兩依次組成方程組,由于兩組數(shù)據(jù)相鄰,變化較小,計(jì)算(或測量)誤差較大。為此,應(yīng)使前后數(shù)據(jù)交叉組成方程組。
4.用圖象法求電動勢和內(nèi)阻時,作圖不準(zhǔn)確造成誤差。
5.根據(jù)圖象進(jìn)行分析計(jì)算時造成誤差。
七、注意事項(xiàng)
1.為了使電池的路端電壓變化明顯,應(yīng)選內(nèi)阻大些的 6、電池(選用已使用過一段時間的干電池)。
2.在實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大,每次讀完U和I的數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開電源,以免干電池在大電流放電時極化現(xiàn)象嚴(yán)重,使得E和r明顯變化。
3.要測出不少于6組的(I、U)數(shù)據(jù),且變化范圍要大些。
4.畫U-I圖線時,縱軸的刻度可以不從零開始,而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始(橫坐標(biāo)I必須從零開始)。但這時圖線與橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流,而圖線與縱軸的交點(diǎn)仍為電源電動勢,圖線斜率的絕對值仍為內(nèi)阻。
考點(diǎn)1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)
[例1] (2015·江蘇高考)小明利用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量一干電池的電動勢和內(nèi)阻。
(1)圖1中電流表的示數(shù)為_____ 7、___A。
(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器,電壓表和電流表的示數(shù)記錄如下:
U(V)
1.45
1.36
1.27
1.16
1.06
I(A)
0.12
0.20
0.28
0.36
0.44
請根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在圖2的方格紙上作出U-I圖線。
由圖線求得:電動勢E=________V;內(nèi)阻r=______Ω。
(3)實(shí)驗(yàn)時,小明進(jìn)行了多次測量,花費(fèi)了較長時間,測量期間一直保持電路閉合。其實(shí),從實(shí)驗(yàn)誤差考慮,這樣的操作不妥,因?yàn)開_______________________。
解析 (1)由圖可知,電流表的量程為0.6 A,精度為0.02 A,因此電流表的示數(shù)為 8、0.02 A×22=0.44 A。
(2)作出U-I圖線如答圖所示,由圖象與縱軸的截距得電動勢為1.60 V,斜率即內(nèi)阻為r= Ω≈1.22 Ω。
(3)如果一直保持電路閉合,干電池長時間使用后,電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生變化,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差增大。
答案 (1)0.44
(2)U-I圖線如圖所示 1.60(1.58~1.62均正確) 1.22(1.18~1.26均正確)
(3)干電池長時間使用后,電動勢和內(nèi)阻會發(fā)生變化,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差增大
注意U-I圖象的U坐標(biāo)軸一般不是從零刻度開始,這樣內(nèi)阻r只能用r=計(jì)算,不能由r=計(jì)算。
物理興趣小組的同學(xué)用如下器材測定一節(jié)干電池的電動勢和 9、內(nèi)阻:
直流電流表(量程0~0.6 A,0~3 A;內(nèi)阻約1 Ω)
直流電壓表(量程0~3 V,0~15 V;內(nèi)阻約5 kΩ)
定值電阻R0(阻值近似為8 Ω)
滑動變阻器R(0~10 Ω,2 A)
電源(電動勢約為1.5 V,內(nèi)阻約為4 Ω)
開關(guān)和若干導(dǎo)線
有兩個小組的同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖所示的兩個實(shí)驗(yàn)方案,然后這兩個小組的同學(xué)按正確的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。分析下列問題:
(1)如果某小組的同學(xué)選用實(shí)驗(yàn)方案二,則請按方案二將下列實(shí)物圖連接起來。
(2)實(shí)驗(yàn)后兩個小組的同學(xué)將他們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作在同一個U-I坐標(biāo)中,得到了如圖所示的兩條伏安特性曲線。通過分析可知圖中所示的伏 10、安特性曲線中,甲圖線是利用方案________實(shí)驗(yàn)得到的圖象,乙圖線是利用方案________(均填“一”或“二”)實(shí)驗(yàn)得到的圖象。
(3)圖中兩圖線在縱軸上的截距相同,由圖可知,被測電源的電動勢E=________V,電源的內(nèi)阻r=________Ω。
(4)本實(shí)驗(yàn)中提供的定值電阻的阻值R0=________Ω。
答案 (1)如圖所示
(2)二 一 (3)1.50 3.98 (4)8.30
解析 (1)所連實(shí)物圖如答圖所示。
(2)在方案二中將R0等效為電源的內(nèi)阻,由此該方案所測得的電源內(nèi)阻將變大,所以圖中甲圖線是由方案二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的,圖線乙是由方案一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的。
11、
(3)對于方案一,可將R0看成是滑動變阻器的一部分,由圖象求得電源的電動勢為E=1.50 V。
由圖象乙可求得電源的內(nèi)阻為r== Ω≈3.98 Ω。
(4)對于方案二,由閉合電路的歐姆定律得E=U+I(xiàn)(r+R0),可見R0可等效為電源的內(nèi)阻,可見在U-I圖象中圖象在縱坐標(biāo)上的截距表示電源的電動勢,圖象的斜率表示是“電源內(nèi)阻與R0之和”,由圖象甲可得:r+R0== Ω≈12.28 Ω,可得R0=12.28 Ω-3.98 Ω=8.30 Ω。
考點(diǎn)2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新
1.用一個電流表和電阻箱測量
電路圖如圖甲所示。測量原理為:用電流表測量干路中的電流,通過改變電路中的 12、電阻,測出兩組R、I數(shù)據(jù),則有E=I1R1+I(xiàn)1r,E=I2R2+I(xiàn)2r,由此可求出E和r。此種方法測得的電源電動勢無偏差,但內(nèi)阻偏大。
2.用一個電壓表和電阻箱測量
電路圖如圖乙所示。測量原理為:用電壓表測量路端電壓,通過改變電路中的電阻,測出兩組U、R數(shù)據(jù),則有E=U1+r,E=U2+r,由此可求出E和r。此種方法測得的電源電動勢和內(nèi)阻均偏小。
二、數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新
利用各種圖象進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理從而得到E、r,常見的-R、-、I1-I2 圖象等。
[例2] (2017·天津和平區(qū)一模)某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路測電源電動勢E及電阻R1和R2的阻值,實(shí)驗(yàn)器材有:待測電源E 13、(不計(jì)內(nèi)阻),待測定值電阻R1、R2,電流表A(量程為0~0.6 A,內(nèi)阻不計(jì)),電阻箱R(0~99.99 Ω),單刀單擲開關(guān)S1,單刀雙擲開關(guān)S2及導(dǎo)線若干。
(1)先測定值電阻R1的阻值(R1只有幾歐姆),請將該同學(xué)的操作補(bǔ)充完整:閉合開關(guān)S1,將開關(guān)S2切換到a,調(diào)節(jié)電阻箱,讀出其示數(shù)r1和對應(yīng)的電流表示數(shù)I;將開關(guān)S2切換到b,調(diào)節(jié)電阻箱,使__________________,讀出此時電阻箱的示數(shù)r2,則電阻R1阻值的表達(dá)式為R1=________。
(2)該同學(xué)已經(jīng)測得定值電阻R1=2.0 Ω,繼續(xù)測電源電動勢E和R2的阻值,該同學(xué)的做法是:閉合開關(guān)S1,將開關(guān)S2切換到b,多 14、次調(diào)節(jié)電阻箱,讀出多組電阻箱示數(shù)R和對應(yīng)的電流表示數(shù)I,根據(jù)測得的數(shù)據(jù),繪出了如圖乙所示的-R圖線,則電源電動勢E=________V,電阻R2=________Ω。
(3)若實(shí)際電流表A的內(nèi)阻不可忽略,則R2的測量值________(填“大于”或“小于”)真實(shí)值。
解析 (1)將S2切換到b,調(diào)節(jié)電阻箱,使電流表的示數(shù)不變,則R1=r1-r2。
(2)由閉合電路歐姆定律得E=I(R+R2+R1),解得=R+,由-R圖線得,斜率k= V-1= V-1,縱軸截距b=2.0 A-1,則=k,=b,解得E=1.5 V,R2=1.0 Ω。
(3)若實(shí)際電流表A的內(nèi)阻不可忽略,由閉合電路歐姆 15、定律得,E=I(R+R2+R1+RA),解得=R+,則R2=Eb-R1-RA,故R2的測量值大于真實(shí)值。
答案 (1)電流表的示數(shù)不變 r1-r2 (2)1.5 1.0
(3)大于
用圖象法解決問題,關(guān)鍵是根據(jù)題意寫出函數(shù)關(guān)系,并根據(jù)圖象整理關(guān)系式,從而找出斜率或者截距的物理意義,最后求出E、r及相關(guān)的物理量。
圖甲為某同學(xué)測量一節(jié)干電池電動勢和內(nèi)阻的電路圖,其中虛線框內(nèi)為用毫安表改裝成雙量程電壓表的電路,請完成下列填空和作圖。
(1)毫安表的內(nèi)阻為150 Ω,滿偏電流為3 mA;R1和R2為定值電阻,其中R1=850 Ω,若使用a和b接線柱,電壓表量程為15 V;若使用 16、a和c接線柱,電壓表的量程為________V;R2=________Ω。
(2)兩個電流表:A1(量程0.6 A,內(nèi)阻約0.2 Ω),A2(量程3 A,內(nèi)阻約0.05 Ω);兩個滑動變阻器,最大阻值分別為10 Ω和500 Ω,則應(yīng)選電流表________(填“A1”或“A2”),應(yīng)選最大阻值為________Ω的滑動變阻器。
(3)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下:
①開關(guān)S2撥向c,將滑動變阻器R的滑片移到最________(填“左”或“右”)端,閉合開關(guān)S1;
②多次調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,記下相應(yīng)的電流表的示數(shù)I1和毫安表的示數(shù)I2;
③根據(jù)圖乙坐標(biāo)系中已描的點(diǎn)畫出I2-I1圖象;
④由 17、圖象得電源的電動勢E=______V,內(nèi)阻r=______Ω。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)
答案 (1)3 4000 (2)A1 10
(3)①左 ③圖見解析 ④1.48~1.50均正確 0.81~0.85均正確
解析 (1)接a和b時,U1=Ig(Rg+R1+R2),接a和c時,U2=Ig(Rg+R1),代入數(shù)據(jù)解得U2=3 V,R2=4000 Ω。
(2)由于電源是一節(jié)干電池,電路中的電流不會超0.6 A,所以電流表選A1;估算電路中的電阻由R== Ω=2.5 Ω,故滑動變阻器選10 Ω。
(3)①由于滑動變阻器采用限流接法,所以移到最左端;③作圖如圖所示;④ 18、由E=I1r+I(xiàn)2(Rg+R1),解得I2=-I1+,所以斜率大小k=,截距b=,由圖象可得k=≈8.3×10-4;b=1.49×10-3 A,代入數(shù)據(jù)解得E=1.49 V,r=0.83 Ω。
1.(2017·江西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)利用如圖甲所示電路,可用伏安法測定某一電源的電動勢和內(nèi)阻,其中虛線框?yàn)橛渺`敏電流計(jì)G改裝的電壓表V,A為標(biāo)準(zhǔn)電流表,E1為待測電源,S為開關(guān),R為滑動變阻器。
(1)已知靈敏電流計(jì)G的滿偏電流Ig=200 μA,按圖乙所示電路,用半偏法測定靈敏電流計(jì)G的內(nèi)阻rg,其中電阻R4約為1 kΩ。為使測量值盡量準(zhǔn)確,在以下器材中,電源E2應(yīng)選用________, 19、電阻R3應(yīng)選用________,電阻R2應(yīng)選用________。(填器材前的字母)
A.電源(電動勢1.5 V)
B.電源(電動勢6 V)
C.電阻箱(0~999.9 Ω)
D.滑動變阻器(0~500 Ω)
E.電位器(一種可變電阻,與滑動變阻器相當(dāng))(0~5.1 kΩ)
F.電位器(一種可變電阻,與滑動變阻器相當(dāng))(0~51 kΩ)
(2)如果所得R3的阻值為300 Ω,則圖中被測電流計(jì)G的內(nèi)阻的測量值為________Ω,該測量值________實(shí)際值(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)給靈敏電流計(jì)G串聯(lián)一個阻值為________kΩ的電阻就可以將該電流計(jì)G改裝為量程 20、6 V的電壓表。
(4)由(2)確定靈敏電流計(jì)的內(nèi)阻測量值與實(shí)際值差異后,將其改裝成另一電壓表V(甲圖虛線框所示)接入甲圖電路進(jìn)而完成甲圖實(shí)驗(yàn)測量時,電壓表V測量值______實(shí)際值;電源E1電動勢測量值______實(shí)際值。(均填“大于”“小于”或“等于”)
答案 (1)B C F (2)300 小于 (3)29.7
(4)小于 小于
解析 (1)半偏法測電阻要求保持干路電流幾乎不變,因此為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,R2應(yīng)選阻值大的F,電源應(yīng)選電動勢大的B;由實(shí)驗(yàn)原理知靈敏電流計(jì)的內(nèi)阻 rg=R3,故電阻R3應(yīng)選電阻箱C。
(2)靈敏電流計(jì)的內(nèi)阻rg=R3=300 Ω。閉合開關(guān)S2 21、,保持R2不變,調(diào)節(jié)R3的阻值,電流計(jì)的指針半偏時,電路中的總電阻減小,干路電流增大,由并聯(lián)電路的電流關(guān)系知,通過R3的電流大于滿偏電流的一半,由歐姆定律知,R3小于Rg,故測量值小于實(shí)際值。
(3)由歐姆定律得,靈敏電流計(jì)G串聯(lián)電阻阻值R1=-Rg=-300 Ω=29.7 kΩ。
(4)靈敏電流計(jì)的內(nèi)阻測量值小于實(shí)際值,改裝后電壓表V的實(shí)際內(nèi)阻大于理論值,故電壓表V的測量值小于實(shí)際值;由E=U-Ir知,U-I圖象中,圖象在縱軸的截距表示電源電動勢,所以電源電動勢的測量值小于實(shí)際值。
2.某同學(xué)設(shè)想運(yùn)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路,測量未知電阻Rx的阻值、電流表A的內(nèi)阻和電源(內(nèi)阻忽略不計(jì))的電 22、動勢,實(shí)驗(yàn)過程中電流表的讀數(shù)始終符合實(shí)驗(yàn)要求。
(1)為了測量未知電阻Rx的阻值,他在閉合開關(guān)之前應(yīng)該將兩個電阻箱的阻值調(diào)至________(填“最大”或“最小”),然后閉合開關(guān)K1,將開關(guān)K2撥至1位置,調(diào)節(jié)R2使電流表A有明顯讀數(shù)I0;接著將開關(guān)K2撥至2位置,保持R2不變,調(diào)節(jié)R1,當(dāng)調(diào)節(jié)R1=34.2 Ω時,電流表A讀數(shù)仍為I0,則該未知電阻的阻值Rx=________Ω。
(2)為了測量電流表A的內(nèi)阻RA和電源(內(nèi)阻忽略不計(jì))的電動勢E,他將R1的阻值調(diào)到R1=1.5 Ω,R2調(diào)到最大,將開關(guān)K2撥至2位置,閉合開關(guān)K1;然后多次調(diào)節(jié)R2,并在表格中記錄下了各次R2的阻值和對應(yīng)電 23、流表A的讀數(shù)I;最后根據(jù)記錄的數(shù)據(jù),他畫出了如圖乙所示的圖象,根據(jù)你所學(xué)知識和題中所給字母寫出該圖象對應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式為:__________________;利用圖象中的數(shù)據(jù)可求得,電流表A的內(nèi)阻RA=________Ω,電源(內(nèi)阻忽略不計(jì))的電動勢E=________V。
答案 (1)最大 34.2 (2)=+ 0.5 4
解析 (1)為了保護(hù)電路,需要將電阻箱的阻值都調(diào)至最大。因?yàn)閮煞N情況下電流表示數(shù)相同,Rx和R1等效,所以Rx=R1=34.2 Ω。
(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律得:E=I(R1+R2+RA),解得=R2+,故-R2圖象的斜率為,則縱截距為,代入數(shù)據(jù)可得:=,=0 24、.5,解得E=4 V,RA=0.5 Ω。
3.某研究小組同學(xué)要測量一個未知電源的電動勢E及內(nèi)阻r。手邊的實(shí)驗(yàn)器材有:待測電源(電動勢E約為4 V,內(nèi)阻r約為0.8 Ω),電壓表V(量程為1 V,內(nèi)阻RV約為1 kΩ),滑動變阻器R1(0~10.0 Ω),滑動變阻器R2(0~100.0 Ω),電阻箱R3(0~99.99 Ω),電阻箱R4(0~2.999 kΩ),定值電阻R0(阻值為10 Ω),開關(guān)S,導(dǎo)線若干。
(1)由于電壓表V的量程太小,需將電壓表量程擴(kuò)大為3 V,則應(yīng)測量此電壓表的內(nèi)阻RV,該小組同學(xué)依據(jù)圖甲電路進(jìn)行測量,步驟如下:
①S斷開,使滑動變阻器的滑動片P處于最左端a,并將 25、電阻箱的阻值調(diào)為零;
②閉合S,將滑動變阻器的滑動片P由左端緩慢向右滑動,當(dāng)電壓表的讀數(shù)為滿偏值時,滑動片P停止滑動;
③保持滑動變阻器的滑動片P位置不變,調(diào)節(jié)電阻箱的阻值使電壓表的讀數(shù)為滿偏值的一半時,記下電阻箱的阻值Ra=995 Ω。
該實(shí)驗(yàn)中電阻箱應(yīng)選用________,滑動變阻器應(yīng)選用________。(填入器材所對應(yīng)的符號)
從以上步驟測得的數(shù)據(jù)可得,要改裝成量程為3 V的電壓表,該電壓表應(yīng)串聯(lián)的分壓電阻Rb=________Ω。
(2)研究小組的同學(xué)利用題給的電壓表(表盤未改動)串聯(lián)分壓電阻Rb構(gòu)成量程為3 V的電壓表后,設(shè)計(jì)了圖乙的電路測量電源電動勢E及內(nèi)阻r。為 26、了使電壓表的讀數(shù)隨電阻箱的阻值改變而有較大的變化,在干路上連接了一個阻值為R0的定值電阻,實(shí)驗(yàn)過程中通過改變電阻箱的阻值R得到多組對應(yīng)電壓表的讀數(shù)值U。導(dǎo)出的與的函數(shù)關(guān)系式為____________;由此作出-的圖象如圖丙所示,得到圖線的截距為b,斜率為k。則電源電動勢的表達(dá)式為________;內(nèi)阻的表達(dá)式為________。
答案 (1)R4 R1 1990
(2)=·+ E= r=-R0
解析 (1)該實(shí)驗(yàn)中電阻箱應(yīng)選用R4,滑動變阻器分壓接法應(yīng)選用R1,由半偏法原理可知電壓表內(nèi)阻RV=Ra=995 Ω,由電表的改裝可知該電壓表應(yīng)串聯(lián)的分壓電阻Rb=Ra=1990 Ω。
(2 27、)由閉合電路歐姆定律E=3U+(r+R0),整理得=·+,截距b=,斜率k=,解得E=,r=-R0。
4.(2016·四川高考)用如圖所示電路測量電源的電動勢和內(nèi)阻。
實(shí)驗(yàn)器材:待測電源(電動勢約3 V,內(nèi)阻約2 Ω),保護(hù)電阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω),滑動變阻器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:
①將滑動變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大,閉合開關(guān);
②逐漸減小滑動變阻器接入電路的阻值,記下電壓表的示數(shù)U和相應(yīng)電流表的示數(shù)I;
③以U為縱坐標(biāo),I為橫坐標(biāo),作U-I圖線(U、I都用國際單位);
④求出U-I圖線斜率的絕對值k和在橫軸上的截距a 28、。
回答下列問題:
(1)電壓表最好選用________;電流表最好選用________。
A.電壓表(0~3 V,內(nèi)阻約15 kΩ)
B.電壓表(0~3 V,內(nèi)阻約3 kΩ)
C.電流表(0~200 mA,內(nèi)阻約2 Ω)
D.電流表(0~30 mA,內(nèi)阻約2 Ω)
(2)滑動變阻器的滑片從左向右滑動,發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大。兩導(dǎo)線與滑動變阻器接線柱連接情況是________。
A.兩導(dǎo)線接在滑動變阻器電阻絲兩端的接線柱
B.兩導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿兩端的接線柱
C.一條導(dǎo)線接在滑動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
D.一條導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿 29、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、R1和R2表示待測電源的電動勢E和內(nèi)阻r的表達(dá)式E=________,r=________,代入數(shù)值可得E和r的測量值。
答案 (1)A C (2)C (3)ak k-R2
解析 (1)電壓表測量路端電壓,測量中為了減小誤差,通過電壓表的電流越小越好,在量程一樣(0~3 V)的情況下,其內(nèi)阻越大越好,電壓表選A;電路中的電流最大值大約為=200 mA,電流表選C。
(2)滑片從左向右滑動時,電壓表示數(shù)增大,說明滑片滑動時滑動變阻器接入電路的電阻變大,只有C項(xiàng)的接法符合上述情形。
(3)因?yàn)閁=E-I(r+R2),所以U 30、-I圖線如圖所示,斜率的絕對值k=r+R2,故r=k-R2。橫軸截距a=,則E=ak。
5. (安徽高考)根據(jù)閉合電路歐姆定律,用圖甲所示電路可以測定電池的電動勢和內(nèi)電阻。圖中R0是定值電阻,通過改變R的阻值,測出R0兩端的對應(yīng)電壓U12,對所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,就可以實(shí)現(xiàn)測量目的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在-R坐標(biāo)系中描出坐標(biāo)點(diǎn),如圖乙所示。已知R0=150 Ω,請完成以下數(shù)據(jù)分析和處理。
(1)圖乙中電阻為________Ω的數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)剔除。
(2)在坐標(biāo)紙上畫出-R關(guān)系圖線。
(3)圖線的斜率是________V-1·Ω-1,由此可得電池電動勢Ex=________V。
答案 (1 31、)80.0 (2)圖見解析
(3)4.44×10-3(4.42×10-3~4.46×10-3均正確) 1.50(1.49~1.51均正確)
解析 (1)圖中偏離圖線較遠(yuǎn)的點(diǎn)要舍去,所以電阻為80.0 Ω的數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)剔除。
(2)在坐標(biāo)紙畫一條平滑曲線,如圖所示。
(3)圖線的斜率k= V-1·Ω-1≈4.44×10-3 V-1·Ω-1,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得=,整理得=+·R,即=4.44×10-3,則電池電動勢Ex≈1.50 V。
6.(2015·四川高考)用實(shí)驗(yàn)測一電池的內(nèi)阻r和一待測電阻的阻值Rx。已知電池的電動勢約6 V,電池內(nèi)阻和待測電阻阻值都為數(shù)十歐??蛇x用的實(shí)驗(yàn) 32、器材有:
電流表A1(量程0~30 mA);
電流表A2(量程0~100 mA);
電壓表V(量程0~6 V);
滑動變阻器R1(阻值0~5 Ω);
滑動變阻器R2(阻值0~300 Ω);
開關(guān)S一個,導(dǎo)線若干條。
某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程如下:
Ⅰ.設(shè)計(jì)如圖1所示的電路圖,正確連接電路。
Ⅱ.將R的阻值調(diào)到最大,閉合開關(guān),逐次調(diào)小R的阻值,測出多組U和I的值,并記錄。以U為縱軸,I為橫軸,得到如圖2所示的圖線。
Ⅲ.斷開開關(guān),將Rx改接在B、C之間,A與B直接相連,其他部分保持不變。重復(fù)Ⅱ的步驟,得到另一條U-I圖線,圖線與橫軸I的交點(diǎn)坐標(biāo)為(I0,0),與縱軸U的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0 33、,U0)。
回答下列問題:
(1)電流表應(yīng)選用______,滑動變阻器應(yīng)選用______。
(2)由圖2的圖線,得電源內(nèi)阻r=________Ω。
(3)用I0、U0和r表示待測電阻的關(guān)系式Rx=________,代入數(shù)值可得Rx。
(4)若電表為理想電表,Rx接在B、C之間與接在A、B之間,滑動變阻器滑片都從最大阻值位置調(diào)到某同一位置,兩種情況相比,電流表示數(shù)變化范圍________,電壓表示數(shù)變化范圍________。(填“相同”或“不同”)
答案 (1)A2 R2 (2)25 (3)-r (4)相同 不同
解析 (1)電池內(nèi)阻和待測電阻阻值都為數(shù)十歐,滑動變阻器要達(dá)到限 34、流效果,應(yīng)選R2;電池電動勢為6 V,調(diào)節(jié)滑動變阻器,電路中最小電阻為幾十歐姆,最大電流在一百毫安左右,電流表選A2。
(2)由題圖2可知,圖線斜率為k=r==25 Ω。
(3)將Rx改接在B、C之間時,Rx與電池內(nèi)阻串聯(lián),另一條U-I圖線的斜率為k=Rx+r=,因此Rx=-r。
(4)電表為理想電表,電路為串聯(lián)電路,Rx接在B、C之間與接在A、B之間,滑動變阻器滑片都從最大阻值位置調(diào)到某同一位置,兩種情況相比,總電阻變化范圍相同,電流表示數(shù)變化范圍相同;Rx接在B、C之間時電壓表測的是滑動變阻器的電壓,接在A、B之間時,電壓表測的是Rx與滑動變阻器的總電壓,因此電壓表示數(shù)變化范圍不同。
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