2022年高中物理（SWSJ）人教版選修3-1教學(xué)案：第二章 第10節(jié) 實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 含答案

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1、2022年高中物理（SWSJ）人教版選修3-1教學(xué)案：第二章 第10節(jié) 實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 含答案 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．知道伏安法測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理，進(jìn)一步理解電源路端電壓隨電流變化的關(guān)系。 2．學(xué)會(huì)根據(jù)圖像合理外推進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法。 3．嘗試進(jìn)行電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻測(cè)量誤差的分析，了解測(cè)量中減小誤差的辦法。 二、實(shí)驗(yàn)原理 圖2-10-1 實(shí)驗(yàn)電路如圖2-10-1所示，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，改變R的阻值，測(cè)出兩組U、I的值，根據(jù)閉合電路歐姆定律可列出兩個(gè)方程： E＝U1＋I(xiàn)1r和E＝U2＋I(xiàn)2r， 聯(lián)立可解出E、r的值。 三、實(shí)驗(yàn)器材 待測(cè)電池一

2、節(jié)，電流表(0～0.6 A)、電壓表(0～3 V)各一塊，滑動(dòng)變阻器一只，開關(guān)一只，導(dǎo)線若干。 圖2-10-2 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．確定電流表、電壓表的量程，按圖2-10-2連接好電路，并將滑動(dòng)變阻器的滑片移到使接入電路的阻值為最大值的一端。 2．閉合開關(guān)S，接通電路，將滑動(dòng)變阻器的滑片由一端向另一端移動(dòng)，從電流表有明顯讀數(shù)開始，記錄一組電流表、電壓表讀數(shù)。 3．同樣的方法，依次記錄多組U、I值。 4．?dāng)嚅_開關(guān)S，拆除電路。 5．以U為縱軸，I為橫軸，將記錄的電壓、電流標(biāo)在坐標(biāo)圖上，過這些點(diǎn)作一條直線，根據(jù)縱軸截距求出電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)斜率大小求出內(nèi)電阻。 五、數(shù)據(jù)處理 為減小測(cè)

3、量誤差，本實(shí)驗(yàn)常選用以下兩種數(shù)據(jù)處理方法： 1．公式法 利用依次記錄的多組數(shù)據(jù)(一般6組)，分別記錄如表所示： 實(shí)驗(yàn)序號(hào) 1 2 3 4 5 6 I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6 U外/V U1 U2 U3 U4 U5 U6 分別將1、4組，2、5組，3、6組聯(lián)立方程組解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它們的平均值 E＝，r＝作為測(cè)量結(jié)果。 圖2-10-3 2．圖像法 把測(cè)出的多組U、I 值，在U-I 圖中描點(diǎn)畫圖像，使U-I 圖像的直線經(jīng)過大多數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)或使各坐標(biāo)點(diǎn)大致分布在直線的兩側(cè)，如圖2-10-3所示，由

4、U＝E－Ir 可知： (1)縱軸截距等于電源的電動(dòng)勢(shì) E，橫軸截距等于外電路短路時(shí)的電流Im＝。 (2)圖線斜率的絕對(duì)值等于電源的內(nèi)阻r＝＝。 六、誤差分析 1．偶然誤差 主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U-I 圖像時(shí)描點(diǎn)不準(zhǔn)確。 2．系統(tǒng)誤差 由于電壓表分流IV，使電流表示數(shù)I小于電池的輸出電流I真。I真＝I＋I(xiàn)V，而IV＝，U越大，IV越大，它們的關(guān)系可用圖2-10-4表示。實(shí)測(cè)的圖線為AB，經(jīng)過IV修正后的圖線為A′B，可看出AB的斜率絕對(duì)值和在縱軸上的截距都小于A′B，即實(shí)測(cè)的E和r都小于真實(shí)值。 圖2-10-4 七、注意事項(xiàng) 1．為使電池的路端電壓有明顯

5、變化，應(yīng)選取內(nèi)阻較大的舊干電池和內(nèi)阻較大的電壓表。 2．實(shí)驗(yàn)中不能將電流調(diào)得過大，且讀數(shù)要快，讀完后立即切斷電源，防止干電池大電流放電時(shí)內(nèi)阻r的明顯變化。 3.若干電池的路端電壓變化不很明顯，作圖像時(shí)，縱軸單位可取得小一些，且縱軸起點(diǎn)可不從零開始。如圖2-10-5所示，此時(shí)圖線與縱軸交點(diǎn)仍為電池的電動(dòng)勢(shì)E，但圖線與橫軸交點(diǎn)不再是短路電流，內(nèi)阻要在直線上取較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)用r＝求出。 圖2-10-5 4．為了提高測(cè)量的精確度，在實(shí)驗(yàn)中I、U的變化范圍要大一些，計(jì)算E、r時(shí)，U1和U2、I1和I2的差值要大一些。 八、它案設(shè)計(jì) 1．用電流表和電阻箱測(cè)E、r(又叫安阻法) 圖 2-1

6、0-6 如圖2-10-6所示，由E＝IR＋I(xiàn)r可知，如果能得到I、R的兩組數(shù)據(jù)，也可以得到關(guān)于E和r的兩個(gè)方程，于是能夠從中解出E和r。這樣，用電流表、電阻箱也可以測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 2．用電壓表和電阻箱測(cè)E、r(又叫伏阻法) 圖 2-10-7 如圖2-10-7所示，由E＝U＋·r可知，如果能得到U、R的兩組數(shù)據(jù)，同樣能通過解方程組求出E和r。這樣，除了以上兩個(gè)方法外，還可以用電壓表、電阻箱來測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 [例1]　(xx·天津高考)用電流表和電壓表測(cè)定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組(電動(dòng)勢(shì)約4.5 V，內(nèi)電阻約1 Ω)的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，除待測(cè)電池組、電鍵、導(dǎo)

7、線外，還有下列器材供選用： A．電流表：量程0.6 A，內(nèi)電阻約1 Ω B．電流表：量程3 A，內(nèi)電阻約0.2 Ω C．電壓表：量程3 V，內(nèi)電阻約30 kΩ D．電壓表：量程6 V，內(nèi)電阻約60 kΩ E．滑動(dòng)變阻器：0～1 000 Ω，額定電流0.5 A F．滑動(dòng)變阻器：0～20 Ω，額定電流2 A (1)為了使測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，電流表應(yīng)選用________，電壓表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(均填儀器的字母代號(hào))。 (2)圖2-10-8為正確選擇儀器后，連好的部分電路。為了使測(cè)量誤差盡可能小，還需在電路中用導(dǎo)線將__________和_____

8、___相連、________和________相連、__________和________相連(均填儀器上接線柱的字母代號(hào))。 圖2-10-8 (3)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)電流表壞了，于是不再使用電流表，剩余儀器中僅用電阻箱替換掉滑動(dòng)變阻器，重新連接電路，仍能完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中讀出幾組電阻箱的阻值R和對(duì)應(yīng)電壓表的示數(shù)U。用圖像法處理采集到的數(shù)據(jù)，為在直角坐標(biāo)系中得到的函數(shù)圖像是一條直線，則可以________為縱坐標(biāo)，以________為橫坐標(biāo)。 [解析]　(1)為了使測(cè)量更準(zhǔn)確，電流表選量程為0.6 A的電流表A，電池組的電動(dòng)勢(shì)約4.5 V，故電壓表選D，為了便于調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器應(yīng)選F。 (2)

9、為了使測(cè)量誤差盡可能小，測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的原理圖如圖甲所示，因此將a、d相連，c、g相連，f、h相連。 (3)用電阻箱和電壓表測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)原理圖如圖乙所示，根據(jù)閉合電路歐姆定律，得 E＝U＋r 所以＝＋·， 因此可作出 - 圖像處理數(shù)據(jù)。 [答案]　(1)A　D　F　(2)a　d　c　g　f　h (3)　(橫縱坐標(biāo)互換亦可) [例2]　某研究性學(xué)習(xí)小組利用圖2-10-9所示的電路測(cè)量某電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。由于電池的內(nèi)阻很小，因此在電路中接入了一個(gè)阻值為2.0 Ω的定值電阻R0，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，讀出電壓表相應(yīng)的示數(shù)，得到了如下數(shù)據(jù)：

10、 圖2-10-9 電阻箱讀數(shù)R/Ω 40.00 20.00 12.00 8.00 6.00 5.00 電壓表示數(shù)U/V 1.89 1.78 1.66 1.57 1.43 1.35 (1)為了比較準(zhǔn)確地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，該小組的同學(xué)準(zhǔn)備用圖像來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖像的縱坐標(biāo)表示電壓表讀數(shù)U，則圖像的橫坐標(biāo)表示的物理量應(yīng)該是____________________。 (2)計(jì)算出與該組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的物理量并填在表格中。 (3)在圖2-10-10所示的圖像中作圖，利用圖像得出E＝________V，r＝________Ω。 圖2-10-10

11、 [解析]　(1)由閉合電路歐姆定律可得E＝U＋·(R0＋r)，所以有U＝E－·(R0＋r)；顯然，若用作為圖像的橫坐標(biāo)，可得一次函數(shù)，則圖像是直線，圖像與縱軸的交點(diǎn)表示電池的電動(dòng)勢(shì)，圖像斜率的絕對(duì)值表示R0＋r。 (2)根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出電壓表示數(shù)U與所對(duì)應(yīng)電阻的阻值R，由歐姆定律I＝可求出相應(yīng)的電流。 (3)根據(jù)(2)中所得數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后根據(jù)坐標(biāo)系中的點(diǎn)作直線，作出電源的路端電壓與電流關(guān)系圖像如圖所示；由圖像可知，電源電動(dòng)勢(shì)E＝2.0 V；由于圖像斜率絕對(duì)值等于電源內(nèi)阻與定值電阻阻值之和，得k＝r＋R0＝＝2.4 Ω，得電池的內(nèi)阻r＝k－R0＝2.4 Ω－2.0

12、 Ω＝0.4 Ω。 [答案]　(1)電壓U與電阻R的比值(或電流I) (2)表格中數(shù)據(jù)如下： 電阻箱讀數(shù)R/Ω 40.00 20.00 12.00 8.00 6.00 5.00 電壓表示數(shù)U/V 1.89 1.78 1.66 1.57 1.43 1.35 /A 0.047 0.089 0.138 0.196 0.238 0.270 (3)圖像見解析　2.0　0.4 1．為了測(cè)出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，除待測(cè)電源和開關(guān)、導(dǎo)線以外，配合下列哪組儀器，不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?　　) A．一個(gè)電流表和一個(gè)電阻箱 B．一個(gè)電壓表、一個(gè)電流表和一個(gè)滑

13、動(dòng)變阻器 C．一個(gè)電壓表和一個(gè)電阻箱 D．一個(gè)電流表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器 解析：選D　根據(jù)E＝I(R＋r)，由電流表測(cè)出電流，用電阻箱讀出外電阻的阻值，可以求出E、r，A正確；根據(jù)E＝U＋I(xiàn)r，由電流表測(cè)出電流，由電壓表測(cè)出電壓，可以求出E、r，B正確；根據(jù)E＝U＋，由電壓表測(cè)出電壓，用電阻箱讀出外電阻的阻值，可以求出E、r，C正確；因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器不能讀出電阻的數(shù)值，所以只有一個(gè)電流表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器，測(cè)不出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，D錯(cuò)誤。 2．(多選)某學(xué)生用電流表和電壓表測(cè)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí)，所用滑動(dòng)變阻器的阻值范圍為0～20 Ω，連接電路的實(shí)物圖如圖2-10-11所示。關(guān)于該學(xué)生接線的說法

14、正確的是(　　) 圖2-10-11 A．滑動(dòng)變阻器不起變阻作用　 　B．電流表接線有誤 C．電壓表量程選用不當(dāng) D．電壓表接線不妥 解析：選AD　移動(dòng)變阻器觸頭時(shí)，不會(huì)改變接入電路的電阻大小，變阻器不起變阻作用，A正確；電流表只允許電流從正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出，而且應(yīng)該選擇0～0.6 A量程，圖中電流表接線正確，所以B錯(cuò)誤；圖中電源為兩節(jié)干電池，電動(dòng)勢(shì)為3 V，所以電壓表量程應(yīng)選用0～3 V，所以C錯(cuò)誤；圖中開關(guān)不能控制電壓表，且電流從負(fù)接線柱流入，從正接線柱流出，所以電壓表的接線不妥，D正確。 3．下列給出多種用伏安法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的數(shù)據(jù)，處理方法既能減小偶然誤

15、差，又直觀、簡(jiǎn)便的是(　　) A．測(cè)出兩組I、U的數(shù)據(jù)，代入方程組E＝U1＋I(xiàn)1r和E＝U2＋I(xiàn)2r，求出E和r B．多測(cè)幾組I、U的數(shù)據(jù)，求出幾組E、r，最后分別求出其平均值 C．測(cè)出多組I、U的數(shù)據(jù)，畫出U-I圖像，再根據(jù)圖像求出E、r D．多測(cè)幾組I、U的數(shù)據(jù)，分別求出I和U的平均值，用電壓表測(cè)出斷路時(shí)的路端電壓即為電動(dòng)勢(shì)E，再用閉合電路歐姆定律求出電池內(nèi)阻r 解析：選C　A中只測(cè)量?jī)山M數(shù)據(jù)求出E、r，偶然誤差較大；B中計(jì)算E、r平均值雖然能減小誤差，但太繁瑣；D中分別求出I、U的平均值再求解的方法是錯(cuò)誤的。 4．(多選)用如圖2-10-12甲所示的電路來測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電

16、阻，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)作出了如圖所示的U-I圖線，由圖乙可知(　　) 圖2-10-12 A．電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值是1.40 V B．電池內(nèi)阻的測(cè)量值是3.50 Ω C．外電路發(fā)生短路時(shí)的電流為0.40 A D．電壓表的示數(shù)為1.20 V時(shí)電流表的示數(shù)I′＝0.20 A 解析：選AD　圖像與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)為電池的電動(dòng)勢(shì)E＝1.40 V；電池的內(nèi)阻r＝＝ Ω＝1 Ω；根據(jù)E＝U＋I(xiàn)′r，代入數(shù)據(jù)得I′＝＝ A＝0.20 A，故A、D正確。 5．現(xiàn)有一特殊電池，它的電動(dòng)勢(shì)E約為9 V，內(nèi)阻r約為40 Ω，已知該電池允許輸出的最大電流為50 mA。為了測(cè)定這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，某同學(xué)利用如

17、圖2-10-13甲所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖中電流表的內(nèi)阻RA為5 Ω，R為電阻箱，阻值范圍0～999.9 Ω，R0為定值電阻，對(duì)電路起保護(hù)作用。 圖2-10-13 (1)實(shí)驗(yàn)室備有的定值電阻R0有以下幾種規(guī)格，本實(shí)驗(yàn)選用哪一種規(guī)格的定值電阻最好(　　) A．10 Ω　　　　　　　　 　B．50 Ω C．150 Ω D．500 Ω (2)該同學(xué)接入符合要求的R0后，閉合開關(guān)S，調(diào)整電阻箱的阻值，讀取電流表的示數(shù)，記錄多組數(shù)據(jù)，作出了圖乙所示的圖線，則根據(jù)該同學(xué)作出的圖線可求得該電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________ Ω。 解析：(1)把電阻箱的阻值調(diào)為零

18、，則電路中的電流最大Imax＝，代入數(shù)據(jù)得R0＝135 Ω 對(duì)比備選選項(xiàng)，C符合要求。 (2)根據(jù)閉合電路歐姆定律I＝得 ＝(R0＋R＋RA＋r)＝(R0＋R＋5＋r) 在圖線上取兩個(gè)點(diǎn)，讀出兩組、(R＋R0)數(shù)據(jù)，代入方程解得E＝10 V，r＝45 Ω。 答案：(1)C　(2)10　45 6．實(shí)驗(yàn)室中準(zhǔn)備了下列器材： A．待測(cè)干電池(電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V，內(nèi)阻約為1.0 Ω) B．電流表A1(滿偏電流1.5 mA，內(nèi)阻為10 Ω) C．電流表A2(量程0～0.60 A，內(nèi)阻約為0.10 Ω) D．電壓表V(量程0～15 V，內(nèi)阻約為10 kΩ) E．滑動(dòng)變阻器R1(

19、0～20 Ω，2 A) F．滑動(dòng)變阻器R2(0～100 Ω，1 A) G．電阻箱R3：最大阻值為999.9 Ω，允許通過的最大電流是0.6 A H．開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干 (1)若要將電流表A1改裝成量程為1.5 V的電壓表，需給該電流表串聯(lián)一個(gè)________ Ω的電阻。 (2)為了測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，小明按圖2-10-14(a)設(shè)計(jì)好了測(cè)量的電路圖，在圖(a)中，甲是________，乙是________。(填器材前面的序號(hào)) (3)為了能較為準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量和操作方便，圖(a)所示的測(cè)量電路中，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________(填器材前面的序號(hào))。 (4)圖(b)為小明根據(jù)圖

20、(a)的測(cè)量電路測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的I1-I2圖線(I1為電表乙的示數(shù)，I2為電表甲的示數(shù))，由該圖線可得：被測(cè)干電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________ Ω。(保留兩位小數(shù)) 圖2-10-14 解析：(1)電流表的內(nèi)阻為10 Ω；滿偏電壓為Um＝1.5×10－3×10 V＝1.5×10－2 V；若改裝成1.5 V的電壓表，則應(yīng)串聯(lián)的電阻為：R＝ Ω＝990 Ω； (2)根據(jù)題意可知，乙為電流表B與電阻箱結(jié)合作為電壓表使用，甲為電流表C，作為電流表使用； (3)因內(nèi)阻較小，故滑動(dòng)變阻器略大于內(nèi)阻即可，故滑動(dòng)變阻器選擇E； (4)由閉合電路歐姆定律可得：I1(

21、R3＋RA)＝E－I2r 變形得：I1＝－I2； 由數(shù)學(xué)知識(shí)可得：圖像中的k＝； b＝； 由圖可知，b＝1.46；k＝×10－3＝0.75×10－3； 故解得：E＝1.46 V(1.46～1.48)，r＝0.75 Ω(0.75～0.78)。 答案：(1)990　(2)C　B　(3)E　(4)1.47　0.76 7．根據(jù)閉合電路歐姆定律，用圖2-10-15甲所示的電路可以測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。圖中R0是定值電阻，通過改變R的阻值，測(cè)出R0兩端的對(duì)應(yīng)電壓U12，對(duì)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就可以實(shí)現(xiàn)測(cè)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，

22、請(qǐng)完成以下數(shù)據(jù)分析和處理。 　 圖2-10-15 (1)圖乙中電阻為________Ω的數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)剔除； (2)在圖乙上畫出-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(dòng)勢(shì)Ex＝________V。 解析：(1)根據(jù)畫圖描點(diǎn)原則應(yīng)舍掉電阻為80 Ω的點(diǎn)。 (2)連線時(shí)應(yīng)該用平滑曲線擬合，使線過盡可能多的點(diǎn)，不在線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻分布在線的兩側(cè)。 (3)根據(jù)閉合電路歐姆定律得Ex＝U12＋(R＋rx)，所以＝＋＋，由圖可知斜率＝0.004 44，即Ex＝1.50 V。 答案：(1)80　(2)如圖所示　(3)0.004 44　1.50

23、 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　電學(xué)實(shí)驗(yàn)問題 1．(1)如圖1甲所示為螺旋測(cè)微器測(cè)量一金屬零件直徑時(shí)的示數(shù)，則該金屬零件的直徑為________ cm。 (2)有一游標(biāo)卡尺，主尺的最小分度是1 mm，游標(biāo)上有20個(gè)小的等分刻度。用它測(cè)量一工件的長(zhǎng)度，如圖乙所示。圖示的讀數(shù)是________cm。 圖1 解析：(1)螺旋測(cè)微器的固定刻度為5.5 mm，可動(dòng)刻度為20.0×0.01 mm＝0.200 mm，所以最終讀數(shù)為5.5 mm＋0.200 mm＝5.700 mm＝0.570 0 cm。 (2)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為50 mm，游標(biāo)尺上第3個(gè)刻度和主尺上

24、某一刻度對(duì)齊，所以游標(biāo)讀數(shù)為3×0.05 mm＝0.15 mm，所以最終讀數(shù)為：50 mm＋0.15 mm＝50.15 mm＝5.015 cm。 答案：(1)0.570 0　(2)5.015 2．要用伏安法測(cè)量一個(gè)定值電阻的電阻值，備選的器材規(guī)格如下： A．待測(cè)電阻Rx(大約100 Ω) B．直流毫安表A1(量程0～0.6 A，內(nèi)阻約為0.5 Ω) C．直流毫安表A2(量程0～40 mA，內(nèi)阻約為40 Ω) D．直流電壓表V1(量程0～3 V，內(nèi)阻約為5 kΩ) E．直流電壓表V2(量程0～15 V，內(nèi)阻約為15 kΩ) F．直流電源(輸出電壓4 V，內(nèi)阻不計(jì)) G．滑動(dòng)

25、變阻器R(阻值范圍0～50 Ω，允許最大電流1 A) H．開關(guān)一個(gè)、導(dǎo)線若干 (1)要使測(cè)量精度盡量高，在備選的器材中，直流毫安表應(yīng)選________，直流電壓表應(yīng)選________。(填器材前面的序號(hào)) (2)在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖(要求電壓和電流的變化范圍盡可能大一些)。 解析：(1)因電源為4 V，若用V2則讀數(shù)誤差大，用電壓表D即可。因電阻值約為100 Ω。故電流的最大值約為：I＝＝ A＝0.03 A＝30 mA，故電流表應(yīng)選C。 (2)因 ＝ Ω＞100 Ω，故為小電阻用電流表外接法；因滑動(dòng)變阻器為小電阻確定為分壓式接法。故電路圖如圖所示。 答案：(1)C　D　(2

26、)見解析 3.圖2所示為一簡(jiǎn)單歐姆表原理示意圖，其中電流表的滿偏電流Ig＝300 μA，內(nèi)阻Rg＝100 Ω，可變電阻的最大阻值為10 kΩ，電池的電動(dòng)勢(shì)E＝1.5 V，內(nèi)阻r＝0.5 Ω，圖中與接線柱A相連的表筆顏色應(yīng)是________色，按正確使用方法測(cè)量電阻Rx的阻值時(shí)，指針指在刻度盤的正中央，則Rx＝________ kΩ。若該歐姆表使用一段時(shí)間后，電池電動(dòng)勢(shì)變小、內(nèi)阻變大，但此表仍能調(diào)零，按正確使用方法再測(cè)上述Rx，其測(cè)量結(jié)果與原結(jié)果相比較________(填“變大”“變小”或“不變”)。 圖2 解析：歐姆表是電流表改裝的，必須滿足電流的方向“＋”進(jìn)“－”出，即回路中電流從

27、標(biāo)有“＋”標(biāo)志的紅表筆進(jìn)去，所以與A相連的表筆顏色是紅色；當(dāng)兩表筆短接(即Rx＝0)時(shí)，電流表應(yīng)調(diào)至滿偏電流Ig，設(shè)此時(shí)歐姆表的內(nèi)阻為R內(nèi)，此時(shí)有關(guān)系Ig＝得R內(nèi)＝＝5 kΩ；當(dāng)指針指在刻度盤的正中央時(shí)I＝，有＝，代入數(shù)據(jù)可得Rx＝R內(nèi)＝5 kΩ；當(dāng)電池電動(dòng)勢(shì)變小、內(nèi)阻變大時(shí)，歐姆表得重新調(diào)零，由于滿偏電流Ig不變，由公式Ig＝，歐姆表內(nèi)阻R內(nèi)得調(diào)小，待測(cè)電阻的測(cè)量值是通過電流表的示數(shù)體現(xiàn)出來的，由I＝＝＝，可知當(dāng)R內(nèi)變小時(shí)，I變小，指針跟原來的位置相比偏左了，歐姆表的示數(shù)變大了。 答案：紅　5　變大 4．為測(cè)量一電源的電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻： (1)在下列三個(gè)電壓表中選一個(gè)改裝成量程為9 V的電

28、壓表。 A．量程為1 V、內(nèi)阻大約為1 kΩ的電壓表V1 B．量程為2 V、內(nèi)阻大約為2 kΩ的電壓表V2 C．量程為3 V、內(nèi)阻大約為3 kΩ的電壓表V3 選擇電壓表________串聯(lián)________ kΩ的電阻可以改裝成量程為9 V的電壓表。 (2)利用一個(gè)電阻箱、一個(gè)開關(guān)、若干導(dǎo)線和改裝好的電壓表(此表用符號(hào)、 或與一個(gè)電阻串聯(lián)來表示，且可視為理想電壓表)，在虛線框內(nèi)畫出測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理電路圖。 (3)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)原理電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讀出電壓表示數(shù)為1.50 V時(shí)，電阻箱的阻值為15.0 Ω；電壓表示數(shù)為2.00 V 時(shí)，電阻箱的阻值為40.0 Ω，則電源的電

29、動(dòng)勢(shì)E＝________ V，內(nèi)阻r＝________Ω。 解析：根據(jù)電壓表改裝原理，為使讀數(shù)方便，需要選擇電壓表C串聯(lián)一個(gè)6 kΩ的電阻改裝成量程為9 V的電壓表，讀數(shù)只需乘以3即可。電壓表示數(shù)為1.50 V時(shí)，路端電壓為U1＝4.50 V，電阻箱阻值為R2＝15.0 Ω；電壓表示數(shù)為2.00 V時(shí)，路端電壓為U2＝6.00 V，電阻箱的阻值為R2＝40.0 Ω，由閉合電路歐姆定律E＝U＋聯(lián)立方程解得E＝7.5 V，r＝10 Ω。 答案：(1)V3或C　6　(2)見解析　(3)7.5　10 5．實(shí)際電流表有內(nèi)阻，可等效為理想電流表與電阻的串聯(lián)。測(cè)量實(shí)際電流表G1內(nèi)阻r1的實(shí)驗(yàn)中，可

30、供選擇的儀器如下： ①待測(cè)電流表G1(0～5 mA，內(nèi)阻約300 Ω) ②電流表G2(0～10 mA，內(nèi)阻約100 Ω) ③定值電阻R1(300 Ω) ④定值電阻R2(10 Ω) ⑤滑動(dòng)變阻器R3(0～1 000 Ω) ⑥滑動(dòng)變阻器R4(0～20 Ω) ⑦干電池(1.5 V) ⑧電鍵S及導(dǎo)線若干。 (1)定值電阻應(yīng)選________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________。(在空格內(nèi)填寫序號(hào)) (2)用鉛筆畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，再連接線路圖乙。 圖3 (3)補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)步驟： ①按電路圖連接電路，_______________________________________

31、______________； ②閉合電鍵S，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭至某一位置，記錄G1，G2的讀數(shù)I1，I2； ③________________________________________________________________________； ④以I2為縱坐標(biāo)，I1為橫坐標(biāo)，作出相應(yīng)圖線，如圖丙所示。 (4)根據(jù)I2-I1圖線的斜率k及定值電阻，寫出待測(cè)電流表內(nèi)阻的表達(dá)式__________________________。 解析：(1)根據(jù)電路連接特點(diǎn)，G2為定值電阻和電流表G1的總電流，若定值電阻選10 Ω，則易使流過G2的總電流超過其滿偏值，故選③ 300 Ω。 (

32、2)由題意可知，本實(shí)驗(yàn)滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，電流表G2應(yīng)采用外接法；原理圖如圖甲所示；實(shí)物圖如圖乙所示。 (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)步驟如下： ①將滑動(dòng)觸頭移至最左端 ③多次移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，記錄相應(yīng)的G1、G2的讀數(shù)I1、I2。 (4)根據(jù)歐姆定律：I1r1＝(I2－I1)R1 解得：I2＝I1 即k＝，所以r1＝(k－1)R1。 答案：(1)③?、蕖?2)實(shí)驗(yàn)電路圖、實(shí)驗(yàn)連接圖見解析 (3)①將滑動(dòng)觸頭移至最左端?、鄱啻我苿?dòng)滑動(dòng)觸頭，記錄相應(yīng)的G1、G2的讀數(shù)I1、I2　(4)r1＝(k－1)R 6．通過實(shí)驗(yàn)描繪一個(gè)“2 V　1 W”小燈泡的U-I曲線，可供選擇

33、的儀器有： A．量程0～0.6 A，內(nèi)阻約0.2 Ω的電流表 B．量程0～100 mA，內(nèi)阻約5 Ω的電流表 C．量程0～3 V，內(nèi)阻10 kΩ的電壓表 D．量程0～15 V，內(nèi)阻50 kΩ的電壓表 E．最大阻值為20 Ω，額定電流為1 A的滑動(dòng)變阻器 F．最大阻值為1 kΩ，額定電流為0.1 A的滑動(dòng)變阻器 G．蓄電池4 V、導(dǎo)線、開關(guān)等 (1)為了調(diào)節(jié)方便、測(cè)量準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用電流表A，電壓表C，那么滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選________(填器材的序號(hào))； (2)若該同學(xué)已正確選用器材，并連接好部分實(shí)驗(yàn)電路，如圖4甲，請(qǐng)?jiān)趫D甲中完成其余的電路連接，要求小燈泡兩端的電壓能

34、在0～2 V范圍內(nèi)連續(xù)變化，且盡可能減小實(shí)驗(yàn)誤差； 圖4 (3)該同學(xué)在正確完成實(shí)驗(yàn)后得到圖乙所示的小燈泡U-I特性曲線，將此小燈泡接在電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，內(nèi)阻為3.0 Ω的電源上，小燈泡的實(shí)際功率是________W。 解析：(1)為了調(diào)節(jié)方便、測(cè)量準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用電流表A，電壓表C，滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分壓式接法，應(yīng)選阻值小的變阻器，故應(yīng)選E。 (2)小燈泡兩端的電壓能從0開始連續(xù)變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻R＝4 Ω，電壓表內(nèi)阻為10 kΩ，燈泡電阻遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，電流表應(yīng)選擇外接法，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示。 (3)將此小燈泡接在電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，內(nèi)

35、阻為3.0 Ω的電源上， 在圖乙所示坐標(biāo)系內(nèi)作出等效電源的U-I圖像，圖像如圖所示， 由圖示可知，燈泡兩端實(shí)際電壓U＝0.6 V，電流I＝0.3 A，燈泡實(shí)際功率P＝UI＝0.6×0.3 W＝0.18 W。 答案：(1)E　(2)見解析　(3)0.18 7．某同學(xué)在進(jìn)行擴(kuò)大電流表量程的實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要知道電流表的滿偏電流和內(nèi)阻，他設(shè)計(jì)了一個(gè)用標(biāo)準(zhǔn)電流表G1來校對(duì)待測(cè)電流表G2的滿偏電流和測(cè)定G2內(nèi)阻的電路，如圖5所示，已知G1的量程略大于G2的量程，圖中R1為滑動(dòng)變阻器，R2為電阻箱，該同學(xué)順利完成了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。 圖5 (1)實(shí)驗(yàn)過程包含以下步驟，其合理的順序依次為________(

36、填步驟的字母代號(hào))。 A．合上開關(guān)S2； B．分別將R1和R2的阻值調(diào)至最大； C．記下R2的最終讀數(shù)； D．反復(fù)調(diào)節(jié)R1和R2的阻值，使G1的示數(shù)仍為I1，使G2的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半，此時(shí)R2的最終讀數(shù)為r； E．合上開關(guān)S1； F．調(diào)節(jié)R1使G2的指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度，記下此時(shí)G1的示數(shù)I1。 (2)僅從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理上看，用上述方法得到的G2內(nèi)阻的測(cè)量值與真實(shí)值相比________(選填“偏大”“偏小”或“相等”)。 (3)若要將G2的量程擴(kuò)大為I，并結(jié)合前述實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)量的結(jié)果，寫出需在G2上并聯(lián)的分流電阻Rs的表達(dá)式，Rs＝________。 解析：(1)根據(jù)半偏法測(cè)電表內(nèi)阻的步驟可得正確順序?yàn)锽、E、F、A、D、C。 (2)由于G1測(cè)量干路電流，G2測(cè)量支路電流，通過R2的電流是兩表示數(shù)之差，然后根據(jù)并聯(lián)電路中電流與電阻成反比準(zhǔn)確計(jì)算。答案“相等”。 (3)擴(kuò)大電流表的量程需要并聯(lián)一個(gè)電阻，由上述實(shí)驗(yàn)步驟可知其滿偏電流為I1，則有rI1＝(I－I1)Rs，則Rs＝r。 答案：(1)BEFADC　(2)相等　(3)r