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期末复习总动员·高中
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1.(2010年江苏物理)在测量电源的电动势和内阻的实验中,由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小,某同学设计了如图所示的实物电路。

1)实验时,应先将电阻箱的电阻调到__   。(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)

2)改变电阻箱的阻值R,分别测出阻值Ro=10Ω的定值电阻两端的电压U。下列两组R的取值方案中,比较合理的方案是__  。(选填“1”或“2”)

方案编号

电阻箱的阻值R

1

400.0

350.0

300.0

250.0

200.0

2

80.0

70.0

60.0

50.0

40.0

3)根据实验数据描点,绘出的图像是一条直线。若直线的斜率为k,在坐标轴上的截距为b,则该电源的电动势E=__   __,内阻r=__   __。(用kbRo表示)

解析:本题以测量电源的电动势和内阻为背景,考查学生对基本实验的创新与变通能力。实验设计的原理是闭合电路欧姆定律,数据处理采用的是建立线性图像,利用图像的斜率、截距等得出所测量的数值。

1)为保护电路仪器器材,闭合电键之前应使电阻箱接入电路的电阻最大。

2)由于电源电压为9V,电阻箱的取值若采用方案1,电压表示数太小,读数误差太大。所以应选用方案2

3)对于本电路,由闭合电路欧姆定律有:,由此式可得:,结合题意有:。故:

【点评】电学实验中,得出所测量比较方便且误差较小的方法是找出两个相关两间的线性关系,建立线性图像,利用图像的斜率、截距等求出所测量。

2.(2010年广东理综)某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻,使用的器材还包括定值电阻(Ro=5Ω)一个,开关两个,导线若干,实验原理图如图。

①在图中的实物图中,已正确连接了部分电路,请完成余下电路的连接。

②请完成下列主要实验步骤;

A.检查并调节电压表指针指零;调节电阻箱,示数如图)所示,读得电阻值是_____

B.将开关S1 闭合,开关S2断开,电压表的示数是1.49V

C.将开关S2 _______,电压表的示数是1.16V;断开开关S1

③使用测得的数据,计算出干电池的内阻是_______(计算结果保留两位有效数字)。

④由于所有电压表不是理想电压表,所以测得的电动势比实际值偏____(填“大”或“小”)。

解析:本题是对伏安法侧电源电动势与内阻实验的创新与变通,实验的原理是闭合电路欧姆定律。

由图可知,电阻箱接入的电阻是。开关S1 闭合、开关S2断开时,电压表的示数近似等于电源的电动势,即:;开关S1S2均闭合后,由闭合电路欧姆定律有:。代入已知数据解得干电池的内阻为:

【点评】干电池内阻一般比较小,保护电阻也小,因此步骤B中,电压表的读数等于干电池的电动势。

3.(2011年全国大纲理综)使用多用电表测量电阻时,多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联,两个表笔分别位于此串联电路的两端。现需要测量多用电表内电池的电动势,给定的器材有:待测多用电表,量程为60mA的电流表,电阻箱,导线若干。实验时,将多用电表调至×1挡,调好零点;电阻箱置于适当数值。完成下列填空:

1)仪器连线如图所示(ab是多用电表的两个表笔)。若两电表均正常工作,则表笔a______)色;

2)若适当调节电阻箱后,如图中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图a)(b)(c)所示,则多用电表的读数为    Ω;电流表读数为___ mA;电阻箱的读数为     Ω

3)将图中多用电表的两表笔短接,此时流过多用电表的电流为_______mA;(保留3位有效数字)

4)计算得到多用电表内电池的电动势为______V。(保留3位有效数字)

解析:(1)本实验中,欧姆表既是测量仪器(测两表笔间连接的元件的电阻),又是被侧元件(内部电池的电动势)。由于表笔a与电流表正接线柱相连接,说明欧姆表中的电流是由a表笔流出的,它接的是表内电池的正极,应是黑表笔。

2)由图可知,欧姆表的示数为R=14Ω,它是电流表与电阻箱的总电阻。由图b可知,电流表的是数为I=53.0mA。由图c可知,电阻箱的电阻为4.6Ω

3)(4)由图可知,欧姆表的中值电阻为=15Ω,与之对应的电流为。对图所示电路及两表笔对接后的电路分别运用欧姆定律有:;对于“中值电阻”有:。代入数据解得:=102mAE=1.54V

4.(2011年四川理综)为测量一电源的电动势及内阻

1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为9V的电压表

量程为1V、内阻大约为1kΩ的电压表V1;量程为2V、内阻大约为2kΩ的电压表V2;量程为3V、内阻为3kΩ的电压表V3 

选择电压表           串联             的电阻可以改装成量程为9V的电压表

2)利用一个电阻箱、一只开关、若干开关、导线和改装好的电压表(此表用符号V1 V3V3与一个电阻串联来表示,且可视为理想电压表),在虚线框内画出电源电动势及内阻的实验原理电路图。

3)根据以上试验原理电路图进行实验,读出电压表示数为1.50V时、电阻箱值为15.0Ω;电压表示数为2.00V时,电阻箱的阻值为40.0Ω,则电源的电动势E=       V、内阻r=_____Ω

 解析:(1)由于题中电压表V3的电阻是准确告知的,因此选它进行改装。对电压表及串联的分压电阻R,运用欧姆定律有: 。代入数据解得:R=6kΩ

2)由闭合电路欧姆定律及部分电路欧姆定律可设计如图所示的实验电路。由闭合电路欧姆定律,及部分电路欧姆定律有:,此时可变形为:,可作出图像,由图像的截距可求出电源的内电阻,由图像的斜率可求出电源的电动势。

3)由于改装后的电压表可视为理想电压表,它的示数就是端电压或电阻箱两端的电压。整个电路可看成电阻箱与电源内电阻串联,总电压为电源电动势E。由串联分压关系有:代入两组数据及可得:E=2.5Vr=10Ω

5.(2013年全国课标I-23)某学生实验小组利用图(a)所示电路,测量多用电表内电池的电动势和电阻“lk”挡内部电路的总电阻。使用的器材有:多用电表;电压表:量程5V,内阻十几千欧;滑动变阻器:最大阻值5kΩ;导线若干。

回答下列问题:

1)将多用电表挡位调到电阻“lk”挡,再将红表笔和黑表笔    ,调零点

2)将图(a)中多用电表的红表笔和   (填“1”或“2“)端相连,黑表笔连接另一端。

3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置,使多用电表的示数如图(b)所示,这时电压表的示数如图(c)所示。多用电表和电压表的读数分别为         V

4调节滑动变阻器的滑片,使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电压表的读数分别为12.0kΩ4.00V。从测量数据可知,电压表的内阻为    

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5多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路,如图d所示。根据前面的实验数据计算可得,此多用电表内电池的电动势为     V,电阻lk挡内部电路的总电阻为    

解析:本题考查测量电源的电动势与内阻、多用电表的使用。中等难度。多用电表的欧姆挡测电阻时,表与待测原件组成闭合电路,它的读数等于表外电阻,表的内电阻、电源内阻与外电阻之和就是闭合电路的总电阻。(1)多用电表测电阻时,选好倍率后,要将两表笔短接,进行电阻调零;(2)红表笔接的是表内电池的负极,由电压表接线柱可知,红表笔应接在“1”;(3)多用电表的读数为kΩ=15.0kΩ,电压表的读数为3.60V;(4)由于滑动变阻器的电阻调成了0,此时多用电表的读数就等于电压表的电阻。因此,电压表的电阻为12.0kΩ;(5)由欧姆定律有,解得:E=9.00Vr=15.0 kΩ

6.(2014年全国大纲)现要测量某电源的电动势和内阻。可利用的器材有:电流表A,内阻为1.000Ω 电压表V,阻值未知的定值电阻R1、及R2R3R4R5;开关S端连有鳄鱼夹P的导线l。其他导线若干。某同学设计的测量电路如图(a)所示。

1)按图(a)在实物图7b)中画出连线,并标出导线1和其P端。

2)测量时,改变鳄鱼夹P所夹的位置,使R1R2R3R4R5依次串入电路,记录对应的电压表的示数U和电流表的示数I 数据如下表所示。根据表中数据,在图(c)中的坐标纸上将所缺数据点补充完整,并画出U-I图线。

ImA

193

153

111

69

 
30

UV

2.51

2.59

2.68

2.76

2.84

解析:本题考查测量电源的电动势与内阻实验的基本方法(伏安法),所不同的是用逐次接入定值电阻改变闭合电路外电阻,代替滑动变阻器,考查依据电路图连接仪器和利用测量数据建立线形图像的能力。电路连接及U-I图像如图所示。

【点评】本实验中,图像的斜率表示电池内阻与电流表电阻之和,若电流表电阻已知,由图像斜率减去电流表电阻便是电源内阻,若电流表电阻不知,以图像斜率绝对值表示电池内阻,内阻测量值将偏大。

7.(2014全国课标理综I-23)利用图(a)所示电路,可以测量电源的电动势与内阻,所用的实验器材有:

待测电源,电阻箱(最大电阻999.9Ω),电阻Ro(阻值为3.0Ω),电阻R1(阻值为3.0Ω),电流表A(量程为200μA,内阻为RA6.0Ω),开关S

实验步骤如下:

将电阻箱电阻值调到最大,闭合开关S多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的电阻R为纵坐标,R为横坐标,作-R图形(用直线拟合);求出直线的斜率和在纵轴上的截距b

回答下列问题:

1)分别用Er表示电源的电动势和内阻,则R的关系式为            

2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R=3.0Ω时电流表的是数如图(b)所示。读出数据,完成下表。

R

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

I/A

0.143

0.125

0.100

0.091

0.084

0.077

I-1/A-1

6.99

8.00

10.0

11.0

11.9

13.0

3)在图(c)的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,由图线求得斜率k=  A-1Ω-1,截距为b=      A-1

4)根据图线求得电动势为E=      V,内阻为r=     Ω

解析:本题考查利用电流表及电阻箱测量电动势与内阻实验,涉及电流表的改装。由于电流表的量程太小,不能直接测电流,但由于该电流表的电阻已知,且有定值电阻可供选择,可将电流表与其中一个定值电阻(R1)并联,扩大量程后使用,将另一定值电阻Ro作为电源内阻的补偿电阻。

1)对实验电路由闭合电路欧姆定律有,解得

2)由图(b)可读出,表中的数据μA=0.110A,则数据9.09A-1

3)由表中数据及补充数据做出图线如图所示,求得图线斜率为k=1.0 A-1Ω-1,截距b=6.0 A-1

4)由可知,,代入数据解得E=3.0Vr=1.0Ω

【点评】本实验中将定值电阻与电流表并联,相当将原电流表改装成大量程电流表。由于电池内阻较小,常在电路中串联一定值电阻,一是作为保护电阻控制总电流不会过大,二是补偿内阻,减小内阻测量误差。