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(kāi)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(kāi)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(kāi)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_(kāi)開(kāi)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(guò)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(huà)圖像,使U-I 圖像的直線經(jīng)過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)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(lái)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(kāi)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(lái)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(jiàn)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(kāi)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(shuō)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(kāi)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(huà)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(lái)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(kāi)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(guò)的最大電流是0.6 A H.開(kāi)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(guò)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_(kāi)_______Ω的數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)剔除; (2)在圖乙上畫(huà)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(huà)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(guò)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(wèn)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_(kāi)_______ 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(kāi)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(huà)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(jiàn)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(pán)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(pán)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(guò)電流表的示數(shù)體現(xiàn)出來(lái)的,由I===,可知當(dāng)R內(nèi)變小時(shí),I變小,指針跟原來(lái)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(kāi)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(lái)表示,且可視為理想電壓表),在虛線框內(nèi)畫(huà)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(jiàn)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(xiě)序號(hào)) (2)用鉛筆畫(huà)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(xiě)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(guò)G2的總電流超過(guò)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 ⑥ (2)實(shí)驗(yàn)電路圖、實(shí)驗(yàn)連接圖見(jiàn)解析 (3)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)r1=(k-1)R 6.通過(guò)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(kāi)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(kāi)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(jiàn)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(lái)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(guò)程包含以下步驟,其合理的順序依次為_(kāi)_______(
36、填步驟的字母代號(hào))。 A.合上開(kāi)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(kāi)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(guò)程中測(cè)量的結(jié)果,寫(xiě)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(guò)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
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