2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 恒定電流 實驗十 測定電源的電動勢和內(nèi)阻學(xué)案.doc

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實驗十　測定電源的電動勢和內(nèi)阻 板塊一　主干梳理夯實基礎(chǔ) 　實驗原理與操作 ◆　實驗?zāi)康? 1.測定電源的電動勢和內(nèi)阻。 2.掌握用圖象法求電動勢和內(nèi)阻。 ◆　實驗原理 1．實驗依據(jù)閉合電路歐姆定律。 2.實驗電路：如圖所示。 3.E和r的求解：由U＝E－Ir 得：， 解得： 4．作圖法數(shù)據(jù)處理，如圖所示 (1)圖線與縱軸交點(diǎn)為電動勢E。 (2)圖線與橫軸交點(diǎn)為短路電流I短＝。 (3)圖線的斜率的絕對值表示內(nèi)阻r＝。 ◆　實驗器材 電池(被測電源)、電壓表、電流表、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙、鉛筆。 ◆　實驗步驟 1.電流表用0.6 A量程，電壓表用3 V量程，按實驗原理圖所示連接好電路。 2.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。 3.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，填入表格中。 4.斷開開關(guān)，拆除電路，整理好器材。 　數(shù)據(jù)處理與分析 ◆　數(shù)據(jù)處理 1.公式法 取上表六組對應(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，分別取平均值作為電池的電動勢E和內(nèi)阻r的大小。 2.描點(diǎn)法 以路端電壓U為縱軸、干路電流I為橫軸建立UI坐標(biāo)系，在坐標(biāo)平面內(nèi)描出各組(U，I)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，使不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè)，則直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即是電池電動勢的大小(一次函數(shù)的縱軸截距)，直線的斜率的絕對值即為電池的內(nèi)阻r，即r＝。 ◆　注意事項 1.為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻應(yīng)選的大些(選用已使用過一段時間的干電池)。 2.在實驗中不要將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.測出不少于6組I和U的數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時，類似于逐差法，要將測出的UI數(shù)據(jù)中，第1和第4組為一組，第2和第5組為一組，第3和第6組為一組，分別解出E、r值再求平均值。 4.在畫UI圖線時，要使盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)對稱分布在直線兩側(cè)，不要顧及個別離開直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)，以減小偶然誤差。 5.干電池內(nèi)阻較小時，U的變化較小，此時，坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)將呈現(xiàn)如圖甲所示的狀況，使下部大面積空間得不到利用。為此，可使縱坐標(biāo)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)，如圖乙所示，并且把縱坐標(biāo)的比例放大，可使結(jié)果的誤差減小。此時圖線與橫軸交點(diǎn)不表示短路電流，而圖線與縱軸的截距仍為電動勢。要在直線上任取兩個相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，用r＝，計算出電池的內(nèi)阻r。 ◆　誤差分析 1.偶然誤差 (1)由讀數(shù)不準(zhǔn)引起誤差。 (2)用圖象法求E和r時，由于作圖不準(zhǔn)確造成的誤差。 (3)測量過程中通電時間過長或電流過大，都會引起E、r變化。 2.系統(tǒng)誤差 由于電壓表和電流表內(nèi)阻影響而導(dǎo)致的誤差。 (1)如圖甲所示，在理論上E＝U＋(IV＋I(xiàn)A)r，其中電壓表示數(shù)U是路端電壓。而實驗中忽略了通過電壓表的電流IV而形成誤差，而且電壓表示數(shù)越大，IV越大。 即：U真＝U測 I真＝I測＋I(xiàn)V＝I測＋ 結(jié)論： 當(dāng)U測＝0時，I真＝I測，用U真、I真畫出乙圖中右側(cè)的修正圖，由圖可以看出：E真>E測，r真>r測。 從電路的角度看，電壓表應(yīng)看成內(nèi)電路的一部分，故實際測出的是電池和電壓表這一整體的等效內(nèi)阻和電動勢(r測和E測)，因為電壓表和電池并聯(lián)，所以r測小于電池內(nèi)阻r真，因為外電阻R斷開時，a、b兩點(diǎn)間電壓Uab等于電動勢E測，此時電源與電壓表構(gòu)成回路，所以Uabr真。 從電路的角度看，r測＝r真＋RA。由于通常情況下電池的內(nèi)阻較小，所以這時r測的測量誤差非常大。 ◆　其他實驗方案設(shè)計 以上測量方法一般稱為伏安法，測電源的電動勢和內(nèi)阻還有以下幾種方法： 1.安阻法 用一個電流表和電阻箱測量，電路如圖甲所示，測量原理為：E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r)，由此可求出E和r，或用圖象法處理數(shù)據(jù)。此種方法使測得的電動勢無偏差，但內(nèi)阻偏大。 2.伏阻法 用一個電壓表和電阻箱測量，電路如圖乙所示，測量原理為：E＝U1＋r，E＝U2＋r，由此可求出r和E，或用圖象法處理數(shù)據(jù)。此種方法測得的電動勢和內(nèi)阻均偏小。 3.粗測法 用一只電壓表粗測電動勢，直接將電壓表接在電源兩端，所測值近似認(rèn)為是電源電動勢，此時U＝≈E，需滿足RV?r。 4.雙伏法 用兩個電壓表可測得電源的電動勢，電路如圖所示。測量方法為：斷開S，測得V1、V2的示數(shù)分別為U1、U2，此時，E＝U1＋U2＋r，RV為V1的內(nèi)阻；再閉合S，V1的示數(shù)為U1′，此時E＝U1′＋r，解方程組可求得E。 板塊二　考點(diǎn)細(xì)研悟法培優(yōu) 考點(diǎn)1器材選擇與實物連接　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 例1　[2014大綱卷]現(xiàn)要測量某電源的電動勢和內(nèi)阻?？衫玫钠鞑挠校弘娏鞅?，內(nèi)阻為1.00 Ω；電壓表；阻值未知的定值電阻R1、R2、R3、R4、R5；開關(guān)S；一端連有鱷魚夾P的導(dǎo)線1，其他導(dǎo)線若干。某同學(xué)設(shè)計的測量電路如圖(a)所示。 (1)按圖(a)在實物圖(b)中畫出連線，并標(biāo)出導(dǎo)線1和其P端。 (2)測量時，改變鱷魚夾P所夾的位置，使R1、R2、R3、R4、R5依次串入電路，記錄對應(yīng)的電壓表的示數(shù)U和電流表的示數(shù)I。數(shù)據(jù)如下表所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖(c)中的坐標(biāo)紙上將所缺數(shù)據(jù)點(diǎn)補(bǔ)充完整，并畫出UI圖線。 (3)根據(jù)UI圖線求出電源的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。(結(jié)果保留兩位小數(shù)) 嘗試解答　(1)連線如圖所示 (2)UI圖線如圖所示 (3)2.90(在2.89～2.91之間均可) 1.03(在0.93～1.13之間均可)。 (1)見嘗試解答圖，可先從原理圖中選取一個回路如電源、電流表、電壓表、開關(guān)進(jìn)行連接，R1并聯(lián)于電壓表兩端，最后再將R2至R5依次與R1串聯(lián)后再與電壓表并聯(lián)。 (2)作圖過程略，圖見嘗試解答。 (3)由U＝E－I(RA＋r)可知圖中UI圖線的縱截距表示E、斜率的絕對值k＝RA＋r，故由圖可得E＝2.90 V，r＝k－RA＝2.03 Ω－1.00 Ω＝1.03 Ω。 　[2017湖南邵陽統(tǒng)考]某興趣小組利用圖甲所示電路測定一電池的內(nèi)阻r和一待測電阻的阻值Rx。已知電池的電動勢約為6 V，電池內(nèi)阻和待測電阻的阻值都約為10 Ω，且不超過10 Ω?？晒┻x用的實驗器材有： A.電流表A1(量程0～600 mA，內(nèi)阻不計)； B.電流表A2(量程0～3 A，內(nèi)阻不計)； C.電壓表V1(量程0～6 V，內(nèi)阻很大)； D.電壓表V2(量程0～15 V，內(nèi)阻很大)； E.滑動變阻器R(阻值0～100 Ω)； 開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干。 該實驗過程如下： (1)在連接電路前，先選擇合適的器材，電流表應(yīng)選用______，電壓表應(yīng)選用______。(填所選器材前的字母) (2) 按圖甲正確連接好電路后，將滑動變阻器的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)，逐次調(diào)小其接入電路的阻值，測出多組U和I的值，并記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。以U為縱軸，I為橫軸，得到如圖乙所示的圖象。 (3)斷開開關(guān)S，將Rx改接在B、C之間，A與B用導(dǎo)線直接相連，其他部分保持不變。重復(fù)步驟(2)，得到另一條UI圖線，其斜率的絕對值為k。 (4)根據(jù)上面實驗數(shù)據(jù)結(jié)合圖乙可得，電池的內(nèi)阻r＝________Ω；用k和r表示待測電阻的關(guān)系式為Rx＝________。 答案　(1)A　C　(4)10　k－r 解析　(1)電池電壓為6 V，為了減小測量誤差，應(yīng)選擇電壓表C；電路中最大電流為I＝＝0.3 A，故應(yīng)選電流表A。 (4)根據(jù)題圖甲可得關(guān)系U＝E－Ir，所以UI圖象的斜率表示電池的內(nèi)阻，則內(nèi)阻為r＝ Ω＝10 Ω；將Rx改接在B、C之間，根據(jù)題意，則有關(guān)系式U′＝E－I′(Rx＋r)，則等效內(nèi)阻為Rx＋r＝k，故Rx＝k－r。 考點(diǎn)2實驗原理與數(shù)據(jù)處理 例2　[2017貴州八校聯(lián)考]小明在做測量電源電動勢和內(nèi)阻的實驗，已知干電池的電動勢約為1.5 V，內(nèi)阻約為0.3 Ω；電壓表V(0～3 V，內(nèi)阻約為3 kΩ)；電流表A(0～0.6 A，內(nèi)阻為0.80 Ω)；滑動變阻器R(最大阻值10 Ω)。 (1)為了更準(zhǔn)確地測出電源電動勢和內(nèi)阻。請在給出的虛線框中畫出實驗電路圖。在實驗中測得多組電壓和電流值，得到如圖所示的UI圖線，由圖可得出該電源電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。(結(jié)果保留兩位小數(shù)) (2)實驗時由于________表的分流作用，導(dǎo)致電動勢E和內(nèi)阻r的測量值都小于其真實值。 嘗試解答　(1)如圖所示__1.50__0.20__(2)電壓。 (1)因電流表的內(nèi)阻是已知的，故可采用電流表外接電路。由題圖可知E＝1.50 V，r＝－rA＝ Ω－0.80 Ω＝0.20 Ω。 (2)電壓表的分流作用，導(dǎo)致電動勢E和內(nèi)阻r的測量值都小于真實值。 　[2017溫州模擬]在測定一組干電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，備有下列器材： A.電流傳感器1 B.電流傳感器2 C.定值電阻R0(3 kΩ) D.滑動變阻器R(0～20 Ω) E.開關(guān)和導(dǎo)線若干 某同學(xué)發(fā)現(xiàn)上述器材中沒有電壓傳感器，但給出了兩個電流傳感器，于是他設(shè)計了如圖甲所示的電路來完成實驗。 (1)該同學(xué)利用測出的實驗數(shù)據(jù)作出的I1I2圖線(I1為電流傳感器1的示數(shù)，I2為電流傳感器2的示數(shù)，且I1遠(yuǎn)小于I2)如圖乙所示，則由圖線可得被測電池的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。 (2)若將圖線的縱軸改為________，則圖線與縱軸交點(diǎn)的物理含義即為被測電池電動勢的大小。 答案　(1)4.5　1.5　(2)I1R0 解析　(1)由閉合電路歐姆定律有E＝U＋I(xiàn)r，可得I1R0＝E－(I1＋I(xiàn)2)r，又I1遠(yuǎn)小于I2，故I1R0＝E－I2r，則I1＝－I2，即I1與I2間為線性關(guān)系，由數(shù)學(xué)知識可得，k＝－，b＝，由題圖乙可知，b＝1.5 mA，k＝－0.510－3，解得E＝4.5 V，r＝1.5 Ω。 (2)若將圖象縱軸改為路端電壓，即I1R0，則圖線與縱軸交點(diǎn)的物理意義即為被測電源電動勢的大小。 考點(diǎn)3創(chuàng)新實驗——測E和r的其他方法 例3　某實驗小組測定水果電池的電動勢和內(nèi)阻，所用的器材有： 水果電池E：電動勢約為1 V； 電流表A：量程10 mA，內(nèi)阻約為幾歐； 電壓表V：量程1 V，內(nèi)阻RV＝3 kΩ； 滑動變阻器RP：最大阻值200 Ω； 電阻箱R：最大阻值9999 Ω； 開關(guān)S，導(dǎo)線若干。 (1)該實驗小組設(shè)計了如圖1所示的電路，實驗中無論怎樣移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)及變化均很小，且電壓表的示數(shù)變化很小，分析其原因是____________________________________________________________ __________________________________________________________。 (2)該實驗小組經(jīng)過分析設(shè)計了如圖2所示的電路，實驗步驟如下： 第一步：閉合開關(guān)S，多次調(diào)節(jié)電阻箱，記下電壓表的示數(shù)U和電阻箱相應(yīng)的阻值R，并計算出對應(yīng)的與的值。 第二步：以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，作出圖線(用直線擬合)。 第三步：求出直線的斜率k和在縱軸上的截距b。 請回答下列問題： ⅰ.實驗得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示，其中當(dāng)電阻箱的電阻R＝2000 Ω時電壓表的示數(shù)如圖3所示。讀出數(shù)據(jù)，完成下表。 答：①________________，②________________。 ⅱ.若根據(jù)圖線求得直線的斜率k＝2.0103 Ω/V，截距b＝ V－1，則該水果電池的電動勢E＝______V，內(nèi)阻r＝________Ω。 嘗試解答　(1)水果電池的內(nèi)阻很大或滑動變阻器阻值較小__(2)ⅰ.①0.370__②2.7__ⅱ.1.0__2000。 (1)無論怎樣移動滑動變阻器的滑片，電流表的示數(shù)及變化均很小，且電壓表的示數(shù)變化很小，說明電池的內(nèi)阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滑動變阻器RP的最大阻值，即電池的內(nèi)阻很大。 (2)ⅰ.電壓表示數(shù)U＝0.370 V，＝＝2.7 V－1。 ⅱ.由閉合電路歐姆定律得E＝U＋r，即＝＋＋，根據(jù)圖線可得直線的斜率k＝，k＝2.0103 Ω/V，截距b＝＋，b＝ V－1，代入數(shù)據(jù)解得該水果電池的電動勢E＝1.0 V，內(nèi)阻r＝2000 Ω。 　[2017北京昌平月考]老師要求同學(xué)們測出一待測電源的電動勢及內(nèi)阻，所給的實驗器材有：待測電源E、定值電阻R1(阻值未知)、電壓表V(量程為0～3.0 V，內(nèi)阻很大)、電阻箱R(0～99.99 Ω)、單刀單擲開關(guān)S1、單刀雙擲開關(guān)S2、導(dǎo)線若干。 某同學(xué)連接了一個如圖1所示的電路，他接下來的操作是：將S2撥到a，撥動電阻箱旋鈕，使各旋鈕盤的刻度處于圖2所示的位置后，閉合S1，記錄此時電壓表示數(shù)為2.20 V；然后斷開S1，保持電阻箱示數(shù)不變，將S2切換到b，閉合S1，記錄此時電壓表的讀數(shù)(電壓表的示數(shù)如圖3所示)，然后斷開S1。 (1)請你解答下列問題： 圖2所示電阻箱的讀數(shù)為________Ω，圖3所示的電壓表讀數(shù)為________V。由此可算出定值電阻R1的阻值為________Ω。(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) (2)在完成上述操作后，該同學(xué)繼續(xù)以下的操作：將S2切換到a，多次調(diào)節(jié)電阻箱，閉合S1，讀出多組電阻箱的示數(shù)R和對應(yīng)的電壓表示數(shù)U，由測得的數(shù)據(jù)繪出了如圖4所示的圖象。由此可求得該電池組的電動勢E及內(nèi)阻r，其中E＝________V，電源內(nèi)阻r＝________Ω。(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 答案　(1)20　2.80　5.45　(2)2.86　0.270 解析　(1)電阻箱的阻值等于210 Ω＝20 Ω，題圖3所示電壓表的示數(shù)為2.80 V，根據(jù)閉合電路歐姆定律得，R1＝＝5.45 Ω。 (2)將定值電阻R1等效為電源內(nèi)阻的一部分，電源電動勢E＝U＋I(xiàn)(r＋R1)＝U＋(r＋R1)， ＝＋，由圖象可知縱軸截距的倒數(shù)為電源電動勢，所以E＝ V≈2.86 V；圖線的斜率k＝＝ Ω/V＝2 Ω/V，解得r＝2 Ω/VE－R1＝22.86 Ω－5.45 Ω＝0.270 Ω。 一、選擇題 1. [2016全國卷Ⅱ]阻值相等的四個電阻、電容器C及電池E(內(nèi)阻可忽略)連接成如圖所示電路。開關(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時，C所帶的電荷量為Q1；閉合開關(guān)S，電流再次穩(wěn)定后，C所帶的電荷量為Q2。Q1與Q2的比值為(　　) A. B. C. D. 答案　C 解析　由于電池的內(nèi)阻可以忽略，所以路端電壓U不變。當(dāng)開關(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時，可等效為圖甲所示，所以C兩端的電壓和與其并聯(lián)的電阻兩端的電壓相等，根據(jù)串并聯(lián)電路中電壓的分配關(guān)系可知，電容器兩端的電壓為U1＝；閉合開關(guān)S，電流再次穩(wěn)定后，可等效為圖乙所示電路，同理可知，C兩端的電壓為U2＝，根據(jù)Q＝UC，所以Q1與Q2的比值為＝＝，故C正確。 2. [2014天津高考]如圖所示，電路中R1、R2均為可變電阻，電源內(nèi)阻不能忽略，平行板電容器C的極板水平放置。閉合電鍵S，電路達(dá)到穩(wěn)定時，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動。如果僅改變下列某一個條件，油滴仍能靜止不動的是(　　) A.增大R1的阻值 B．增大R2的阻值 C.增大兩板間的距離 D．?dāng)嚅_電鍵S 答案　B 解析　設(shè)油滴質(zhì)量為m，電荷量為q，兩板間距離為d，當(dāng)其靜止時，有q＝q＝mg；由題圖知，增大R1，UR1增大，油滴將向上加速，A錯誤；增大R2，油滴受力不變，仍保持靜止，B正確；由E＝知，增大d，U不變時，E減小，油滴將向下加速，C錯誤；斷開電鍵S，電容器將通過R1、R2放電，兩板間場強(qiáng)變小，油滴將向下加速，D錯誤。 3. [2016江蘇高考](多選)如圖所示的電路中，電源電動勢為12 V，內(nèi)阻為2 Ω，四個電阻的阻值已在圖中標(biāo)出。閉合開關(guān)S，下列說法正確的有(　　) A.路端電壓為10 V B.電源的總功率為10 W C.a、b間電壓的大小為5 V D.a、b間用導(dǎo)線連接后，電路的總電流為1 A 答案　AC 解析　外電路總電阻為10 Ω，根據(jù)閉合電路的歐姆定律I＝＝1 A，所以路端電壓為10 V，A項正確；電源的總功率為P總＝EI＝12 W，B項錯誤；兩支路電阻相等，支路電流為0.5 A，a右側(cè)電阻兩端電壓為150.5 V＝7.5 V，φa＝2.5 V，b右側(cè)電阻兩端電壓為50.5 V＝2.5 V，φb＝7.5 V，所以Uab＝2.5 V－7.5 V＝－5 V，C項正確；a、b間用導(dǎo)線連接后，電路總電阻為2 Ω＋2 Ω＝9.5 Ω，電路的總電流不是1 A，D項錯誤。 4.[2016北京高考]某興趣小組探究用不同方法測定干電池的電動勢和內(nèi)阻，他們提出的實驗方案中有如下四種器材組合。為使實驗結(jié)果盡可能準(zhǔn)確，最不可取的一組器材是(　　) A.一個安培表、一個伏特表和一個滑動變阻器 B.一個伏特表和多個定值電阻 C.一個安培表和一個電阻箱 D.兩個安培表和一個滑動變阻器 答案　D 解析　如圖甲所示，根據(jù)閉合電路歐姆定律可得E＝U＋I(xiàn)r，可測量多組U、I數(shù)據(jù)列式求解，A不符合題意；如圖乙，根據(jù)歐姆定律可得E＝(r＋R)，測量多組U、R數(shù)據(jù)可求解，B不符合題意；如圖丙，根據(jù)歐姆定律可得E＝I(R＋r)，可測量多組I、R數(shù)據(jù)列式求解，C不符合題意；D中兩個安培表和一個滑動變阻器，由于不知道滑動變阻器電阻，故無法測定干電池的電動勢和內(nèi)阻，D符合題意。 二、非選擇題 5.[2017全國卷Ⅱ]某同學(xué)利用如圖(a)所示的電路測量一微安表(量程為100 μA，內(nèi)阻大約為2500 Ω)的內(nèi)阻?？墒褂玫钠鞑挠校簝蓚€滑動變阻器R1、R2(其中一個阻值為20 Ω，另一個阻值為2000 Ω)；電阻箱Rz(最大阻值為99999.9 Ω)；電源E(電動勢約為1.5 V)；單刀開關(guān)S1和S2。C、D分別為兩個滑動變阻器的滑片。 (1)按原理圖(a)將圖(b)中的實物連線。 圖(a) 圖(b) (2)完成下列填空： ①R1的阻值為________Ω(填“20”或“2000”)。 ②為了保護(hù)微安表，開始時將R1的滑片C滑到接近圖(a)中滑動變阻器的________端(填“左”或“右”)對應(yīng)的位置；將R2的滑片D置于中間位置附近。 ③將電阻箱Rz的阻值置于2500.0 Ω，接通S1。將R1的滑片置于適當(dāng)位置，再反復(fù)調(diào)節(jié)R2的滑片D的位置。最終使得接通S2前后，微安表的示數(shù)保持不變，這說明S2接通前B與D所在位置的電勢________(填“相等”或“不相等”)。 ④將電阻箱Rz和微安表位置對調(diào)，其他條件保持不變，發(fā)現(xiàn)將Rz的阻值置于2601.0 Ω時，在接通S2前后，微安表的示數(shù)也保持不變。待測微安表的內(nèi)阻為________Ω(結(jié)果保留到個位)。 (3)寫出一條提高測量微安表內(nèi)阻精度的建議：____________________________________________________________ __________________________________________________________。 答案　(1)圖見解析 (2)①20?、谧蟆、巯嗟取、?550 (3)調(diào)節(jié)R1上的分壓，盡可能使微安表接近滿量程 解析　(1)根據(jù)原理圖(a)，將圖(b)中的實物連線如圖所示。 (2)①滑動變阻器R1在實驗中為控制電路，且為分壓接法，應(yīng)選最大阻值較小的滑動變阻器，故R1的阻值為20 Ω。 ②為了保護(hù)微安表，S1閉合時，微安表上的電壓為零，故開始時應(yīng)將R1的滑片C滑到滑動變阻器的左端。 ③接通S2前后，微安表的示數(shù)保持不變，說明S2閉合后，沒有電流流過S2，故B、D兩點(diǎn)的電勢相等。 ④實驗過程中，由于測量電路，即由Rz、、R2組成的電路的阻值很大，可認(rèn)為測量電路兩端的電壓不變，故與Rz互換后通過R2、Rz和的電流不變，電路如圖所示。 甲 乙 由于B、D兩點(diǎn)的電勢相等，對于圖甲，I1RμA＝I2R′ I1Rz1＝I2R，即＝ 對于圖乙，I1Rz2＝I2R′ I1RμA＝I2R，即＝ 所以＝ 所以RμA＝＝ Ω＝2550 Ω。 (3)提高測微安表內(nèi)阻的精度，可減小系統(tǒng)誤差，如調(diào)節(jié)R1上的分壓，盡可能使微安表接近滿量程。 6.[2014山東高考]實驗室購買了一捆標(biāo)稱長度為100 m的銅導(dǎo)線，某同學(xué)想通過實驗測定其實際長度。該同學(xué)首先測得導(dǎo)線橫截面積為1.0 mm2，查得銅的電阻率為1.710－8 Ωm，再利用圖甲所示電路測出銅導(dǎo)線的電阻Rx，從而確定導(dǎo)線的實際長度。 可供使用的器材有： 電流表：量程0.6 A，內(nèi)阻約0.2 Ω； 電壓表：量程3 V，內(nèi)阻約9 kΩ； 滑動變阻器R1：最大阻值5 Ω； 滑動變阻器R2：最大阻值20 Ω； 定值電阻：R0＝3 Ω； 電源：電動勢6 V，內(nèi)阻可不計； 開關(guān)、導(dǎo)線若干。 回答下列問題： (1)實驗中滑動變阻器應(yīng)選________(填“R1”或“R2”)，閉合開關(guān)S前應(yīng)將滑片移至________(填“a”或“b”)端。 (2)在實物圖中，已正確連接了部分導(dǎo)線，請根據(jù)圖甲電路完成剩余部分的連接。 (3)調(diào)節(jié)滑動變阻器，當(dāng)電流表的讀數(shù)為0.50 A時，電壓表示數(shù)如圖乙所示，讀數(shù)為________V。 (4)導(dǎo)線實際長度為________m(保留兩位有效數(shù)字)。 答案　(1)R2　a (2)圖見解析 (3)2.30(2.29、2.31均正確) (4)94(93、95均正確) 解析　(1)因控制電路是限流式接法，而測量電路總電阻在3.0 Ω以上，為使測量電路有較大的調(diào)節(jié)范圍，滑動變阻器應(yīng)選用總阻值較大的R2。為了保證開關(guān)閉合時電路的安全，應(yīng)使滑動變阻器接入電路中的阻值最大，即開關(guān)閉合前滑片應(yīng)置于a端。 (2)連線如圖所示。 (3)由圖乙知該電壓表的分度值為0.1 V，故按“十分之一”估讀法可知測量結(jié)果為2.30 V。 (4)測量電路的總電阻R0＋Rx＝＝4.60 Ω，故Rx＝1.60 Ω。由Rx＝ρ可得l＝，代入數(shù)據(jù)可得L≈94 m。 7.[2017全國卷Ⅰ]某同學(xué)研究小燈泡的伏安特性。所使用的器材有：小燈泡L(額定電壓3.8 V，額定電流0.32 A)；電壓表(量程3 V，內(nèi)阻3 kΩ)；電流表(量程0.5 A，內(nèi)阻0.5 Ω)；固定電阻R0(阻值1000 Ω)；滑動變阻器R(阻值0～9.0 Ω)；電源E(電動勢5 V，內(nèi)阻不計)；開關(guān)S；導(dǎo)線若干。 (1)實驗要求能夠?qū)崿F(xiàn)在0～3.8 V的范圍內(nèi)對小燈泡的電壓進(jìn)行測量，畫出實驗電路原理圖。 (2)實驗測得該小燈泡伏安特性曲線如圖(a)所示。 圖(a) 圖(b) 由實驗曲線可知，隨著電流的增加小燈泡的電阻__________(填“增大”“不變”或“減小”)，燈絲的電阻率________(填“增大”“不變”或“減小”)。 (3)用另一電源E0(電動勢4 V，內(nèi)阻1.00 Ω)和題給器材連接成圖(b)所示的電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值，可以改變小燈泡的實際功率。閉合開關(guān)S，在R的變化范圍內(nèi)，小燈泡的最小功率為__________W，最大功率為________W。(結(jié)果均保留兩位小數(shù)) 答案　(1)如圖所示 (2)增大　增大　(3)0.39　1.17 解析　(1)小燈泡的電壓要求從0開始調(diào)節(jié)，滑動變阻器采用分壓式接法，小燈泡的額定電壓超出電壓表的量程，電壓表需與R0串聯(lián)后接在小燈泡兩端。電路圖如圖所示。 (2)IU圖象中隨著電流的增大，圖線的斜率變小，小燈泡的電阻增大。根據(jù)電阻定律R＝ρ，得燈絲的電阻率增大。 (3)當(dāng)R＝0時，電源路端電壓與電流的關(guān)系圖象如圖線甲所示。此時小燈泡功率有最大值。 當(dāng)R＝9 Ω時，將R看作電源內(nèi)阻，則等效電源內(nèi)阻為10 Ω，其路端電壓與電流的關(guān)系圖象如圖線乙所示。此時小燈泡功率有最小值。 取圖線甲與小燈泡伏安特性曲線交點(diǎn)： U1＝3.66 V，I1＝0.319 A， 小燈泡的最大功率P1＝U1I1≈1.17 W。 取圖線乙與小燈泡伏安特性曲線交點(diǎn)： U2＝1.77 V，I2＝0.222 A， 小燈泡的最小功率P2＝U2I2≈0.39 W。 8.[2015福建高考]某學(xué)習(xí)小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小，實驗器材如圖甲所示，現(xiàn)已完成部分導(dǎo)線的連接。 (1)實驗要求滑動變阻器的滑片從左到右移動過程中，電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大，請按此要求用筆畫線代替導(dǎo)線在圖甲實物接線圖中完成余下導(dǎo)線的連接； (2)某次測量，電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，則電流表的示數(shù)為________A； (3)該小組描繪出的伏安特性曲線如圖丙所示，根據(jù)圖線判斷，將________只相同的小電珠并聯(lián)后，直接與電動勢為3 V、內(nèi)阻為1 Ω的電源組成閉合回路，可使小電珠的總功率最大，其總功率的值約為________W(保留兩位小數(shù))。 答案　(1)如圖所示 (2)0.44　(3)4　2.25(2.22～2.28均對) 解析　(1)根據(jù)題意，實驗電路為分壓電路，電流表外接，按照電流流向即可完成連線，在連線時要注意電表的極性，并注意接線要連到接線柱上。 (2)因為電流表的精度是0.02 A，所以讀數(shù)為 220.02 A＝0.44 A。 (3)當(dāng)電源的內(nèi)阻與外阻相同時，小電珠的總功率最大，即當(dāng)總電流I＝＝1.5 A，路端電壓為U＝1.5 V時，小電珠的總功率最大，從題圖丙中可知U＝1.5 V時，通過每個小電珠的電流為I0≈0.38 A，所以有n＝＝4，總功率約為P＝IU≈1.51.5 W＝2.25 W。 9.[2016天津高考]某同學(xué)想要描繪標(biāo)有“3.8 V,0.3 A”字樣小燈泡L的伏安特性曲線，要求測量數(shù)據(jù)盡量精確、繪制曲線完整?？晒┰撏瑢W(xué)選用的器材除開關(guān)、導(dǎo)線外，還有： 電壓表V1(量程0～3 V，內(nèi)阻等于3 kΩ) 電壓表V2(量程0～15 V，內(nèi)阻等于15 kΩ) 電流表A1(量程0～200 mA，內(nèi)阻等于10 Ω) 電流表A2(量程0～3 A，內(nèi)阻等于0.1 Ω) 滑動變阻器R1(0～10 Ω，額定電流2 A) 滑動變阻器R2(0～1 kΩ，額定電流0.5 A) 定值電阻R3(阻值等于1 Ω) 定值電阻R4(阻值等于10 Ω) 定值電阻R5(阻值等于1 kΩ) 電源E(E＝6 V，內(nèi)阻不計) (1)請畫出實驗電路圖，并將各元件字母代碼標(biāo)在該元件的符號旁。 (2)該同學(xué)描繪出的IU圖象應(yīng)是下圖中的________。 答案　(1)如圖所示 (2)B 解析　(1)用電壓表V1和定值電阻R5串聯(lián)，可改裝成量程為U＝(rg＋R5)＝(3＋1) V＝4 V的電壓表；用量程為200 mA的電流表A1與定值電阻R4并聯(lián)可改裝為量程為I＝Ig＋＝0.2 A＋ A＝0.4 A的電流表。描繪小燈泡的伏安特性曲線，電壓、電流要求從零開始取值，因此滑動變阻器用分壓式接法；該接法中用小阻值的滑動變阻器操作方便，故選用滑動變阻器R1；待測小燈泡的阻值較小，電流表的阻值不能忽略，因此電流表應(yīng)該選用外接法，故電路如答案圖。 (2)小燈泡的阻值隨溫度的升高而增大，故該同學(xué)描繪的IU圖象應(yīng)該是B。 10.[2017天津高考]某探究性學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的電路測量電池的電動勢和內(nèi)阻。其中電流表A1的內(nèi)阻r1＝1.0 kΩ，電阻R1＝9.0 kΩ，為了方便讀數(shù)和作圖，給電池串聯(lián)一個R0＝3.0 Ω的電阻。 (1)按圖示電路進(jìn)行連接后，發(fā)現(xiàn)aa′、bb′和cc′三條導(dǎo)線中，混進(jìn)了一條內(nèi)部斷開的導(dǎo)線。為了確定哪一條導(dǎo)線內(nèi)部是斷開的，將開關(guān)S閉合，用多用電表的電壓擋先測量a、b′間電壓，讀數(shù)不為零，再測量a、a′間電壓，若讀數(shù)不為零，則一定是________導(dǎo)線斷開；若讀數(shù)為零，則一定是________導(dǎo)線斷開。 (2)排除故障后，該小組順利完成實驗。通過多次改變滑動變阻器觸頭位置，得到電流表A1和A2的多組I1、I2數(shù)據(jù)，作出圖象如圖。由I1I2圖象得到電池的電動勢E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω。 答案　(1)aa′　bb′　(2)1.4(1.36～1.44均可) 0.5(0.4～0.6均可) 解析　(1)a、b′間的電壓不為零，說明a、a′或b、b′間有一處導(dǎo)線斷開，若a、a′間電壓不為零，說明aa′導(dǎo)線斷開；若a、a′間電壓為零，則一定是bb′導(dǎo)線斷開。 (2)在給出的圖象中取兩個點(diǎn)，讀數(shù)分別為 I1＝0.12 mA、I2＝60 mA， I1′＝0.07 mA、I2′＝200 mA。 根據(jù)閉合電路歐姆定律知： E＝(I1＋I(xiàn)2)(R0＋r)＋I(xiàn)1(r1＋R1)，將上述兩組數(shù)據(jù)代入可得：電動勢E≈1.4 V，內(nèi)阻r≈0.57 Ω。 11.[2016四川高考]用如圖所示電路測量電源的電動勢和內(nèi)阻。實驗器材：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。 實驗主要步驟： 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UI圖線(U、I都用國際單位)； ④求出UI圖線斜率的絕對值k和在橫軸上的截距a。 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)ka　k－R2 解析　(1)本實驗誤差在于電壓表的分流，內(nèi)阻越大越好，故選A。電路中能達(dá)到的最大電流I＝＝ A≈176 mA，電流表最好選C。 (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，說明電壓表兩端的電阻變大，滑動變阻器的電阻變大，則兩導(dǎo)線與滑動變阻器接線柱連接情況是一條導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿左端或右端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱，選C。 (3)在UI圖象中縱截距等于電源的電動勢，則E＝ka；斜率等于內(nèi)阻與R2的和，故r＝k－R2。 12.[2014重慶高考]某照明電路出現(xiàn)故障，其電路如圖1所示，該電路用標(biāo)稱值12 V的蓄電池為電源，導(dǎo)線及其接觸點(diǎn)完好。維修人員使用已調(diào)好的多用表直流50 V擋檢測故障。他將黑表筆接在c點(diǎn)，用紅表筆分別探測電路的a、b點(diǎn)。 (1)斷開開關(guān)，紅表筆接a點(diǎn)時多用表指示如圖2所示，讀數(shù)為________V，說明________正常(選填：蓄電池、保險絲、開關(guān)、小燈)。 (2)紅表筆接b點(diǎn)，斷開開關(guān)時，表針不偏轉(zhuǎn)，閉合開關(guān)后，多用表指示仍然和圖2相同，可判定發(fā)生故障的器件是________(選填：蓄電池、保險絲、開關(guān)、小燈)。 答案　(1)11.5(11.3～11.7之間的值均可)　蓄電池 (2)小燈 解析　(1)由題圖2可知，直流50 V擋的最小分度為1 V，故按“十分之一”估讀法可知讀數(shù)應(yīng)為11.5 V左右。由于測得的電壓基本等于蓄電池電動勢的標(biāo)稱值，說明蓄電池正常，a、c兩點(diǎn)與電源之間是通路。 (2)紅表筆接b點(diǎn)，斷開開關(guān)時，多用表測量的是小燈的電阻，表針不偏轉(zhuǎn)，說明阻值無窮大，多用表與小燈組成的回路存在斷路；兩表筆接c、b時測得結(jié)果仍等于電源電動勢，說明多用表、開關(guān)、保險絲、蓄電池形成了一閉合回路，故只能是小燈發(fā)生了斷路故障。 13.[2017全國卷Ⅲ]圖(a)為某同學(xué)組裝完成的簡易多用電表的電路圖。圖中E是電池；R1、R2、R3、R4和R5是固定電阻，R6是可變電阻；表頭的滿偏電流為250 μA，內(nèi)阻為480 Ω。虛線方框內(nèi)為換擋開關(guān)，A端和B端分別與兩表筆相連。該多用電表有5個擋位，5個擋位為：直流電壓1 V擋和5 V擋，直流電流1 mA擋和2.5 mA擋，歐姆100 Ω擋。 (1)圖(a)中的A端與________(填“紅”或“黑”)色表筆相連接。 (2)關(guān)于R6的使用，下列說法正確的是________(填正確答案標(biāo)號)。 A.在使用多用電表之前，調(diào)整R6使電表指針指在表盤左端電流“0”位置 B.使用歐姆擋時，先將兩表筆短接，調(diào)整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置 C.使用電流擋時，調(diào)整R6使電表指針盡可能指在表盤右端電流最大位置 (3)根據(jù)題給條件可得R1＋R2＝______Ω，R4＝______Ω。 (4)某次測量時該多用電表指針位置如圖(b)所示。若此時B端是與“1”連接的，則多用電表讀數(shù)為　　　?。蝗舸藭rB端是與“3”連接的，則讀數(shù)為________；若此時B端是與“5”連接的，則讀數(shù)為________。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) 答案　(1)黑　(2)B　(3)160　880 (4)1.47 mA(或1.48 mA)　1.10 kΩ　2.95 V(或2.94 V、或2.96 V均可) 解析　(1)當(dāng)B端與“3”連接時，內(nèi)部電源與外部電路形成閉合回路，電流從A端流出，故A端與黑色表筆相連接。 (2)在使用多用電表之前，調(diào)整指針定位螺絲使電表指針指在表盤左端電流“0”位置，選項A錯誤；使用歐姆擋時，先將兩表筆短接，調(diào)整R6使電表指針指在表盤右端電阻“0”位置，選項B正確；使用電流擋時，電阻R6不在閉合電路中，調(diào)節(jié)無作用，選項C錯誤。 (3)根據(jù)題給條件可知：當(dāng)B端與“2”連接時，表頭與R1、R2組成的串聯(lián)電路并聯(lián)，此時為量程1 mA的電流擋，由并聯(lián)電路兩支路電流與電阻成反比知，＝，代入數(shù)據(jù)，解得R1＋R2＝160 Ω。 當(dāng)B端與“4”連接時，此時為量程1 V的電壓擋，表頭與R1、R2組成的電路總電阻為120 Ω，流過的最大電流為1 mA，兩端電壓為0.12 V，由串聯(lián)電路中電壓與電阻成正比知：R4兩端電壓為0.88 V，則R4電阻為880 Ω。 (4)若此時B端是與“1”連接的，多用電表作為直流電流表使用，量程為2.5 mA，看圖中下排刻度線，最小分度為0.05 mA，按“五分之一”估讀法估讀到最小分度的同一位，讀數(shù)為1.47 mA，讀為1.48 mA也正確。若此時B端是與“3”連接的，多用電表作為歐姆表使用，讀數(shù)為11100 Ω＝1.10 kΩ。若此時B端是與“5”連接的，多用電表作為直流電壓表使用，量程為5 V，最小分度為0.1 V，須估讀到最小分度的下一位，讀數(shù)為2.95 V(或2.94 V、或2.96 V均可)。