实验十 测定电源的电动势和内阻

　[学生用书P165]

1．(2016·高考北京卷)某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合．为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是(　　)

A．一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器

B．一个伏特表和多个定值电阻

C．一个安培表和一个电阻箱

D．两个安培表和一个滑动变阻器

解析：选D.A选项属于伏安法测定干电池的电动势和内阻的实验器材，A项正确；由U＝E－r，B项正确；由E＝I(R＋r)，C项正确；因不能读出滑动变阻器的阻值，D项错误．

2．(2016·高考四川卷)用如图所示电路测量电源的电动势和内阻．实验器材：待测电源(电动势约3 V，内阻约2 Ω)，保护电阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干．

实验主要步骤：

①将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；

②逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；

③以U为纵坐标，I为横坐标，作U－I图线(U、 I都用国际单位)；

④求出U－I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a.

回答下列问题：

(1)电压表最好选用____________；电流表最好选用________．

A．电压表(0～3 V，内阻约15 kΩ)

B．电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ)

C．电流表(0～200 mA，内阻约2 Ω)

D．电流表(0～30 mA，内阻约2 Ω)

(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大．两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________．

A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱

B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱

C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱

D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱

(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E＝________，r＝________，代入数值可得E和r的测量值．

解析：(1)测电源的电动势和内阻的原理为闭合电路的欧姆定律，即U＝E－Ir，I是电路中的总电流，实际测量时电压表的分流作用会引起系统误差，为了减小系统误差，应选用内阻较大的电压表，即选A；由于电路中的最大电流约为I＝＝A≈0.176 A＝176 mA，应选C.

(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大，说明滑动过程中滑动变阻器接入电路的阻值增大，因此说明一根导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱，C项正确．

(3)图象斜率绝对值k＝r＋R2，图象与横轴的截距为电压表短路时的电流，即a＝，因此电源的内阻r＝k－R2，电源的电动势E＝ka.

答案：(1)A　C　(2)C　(3)ak　k－R2

3．(2018·福建泉州质量检查)利用图示电路可以较为准确地测量电源的电动势．图中a为标准电源，其电动势为Es，b为待测电源Ex；E为工作电源，R为滑动变阻器，G为零刻度在中央的灵敏电流计，AB为一根粗细均匀的电阻丝，滑动片C可在电阻丝上移动，AC之间的长度可用刻度尺量出．

实验步骤如下：

(1)按图连接好电路．

(2)调整滑动变阻器的滑片至合适位置，闭合开关S1.

(3)将S2接1，调节滑动片C使电流计示数为零，记下________________．

(4)将S2接2，重新调整C位置，使 ______________，并记下______________．

(5)断开S1、S2，计算待测电源的电动势的表达式为Ex＝________．

解析：(3)由(1)、(2)可知AB导线中的电流保持不变，要使电流计指向零刻度，则加在AC两端下方的电压等于金属导线上的分压，即电源电动势等于金属导线上的分压，根据分压关系可知，分压之比等于导线长度之比，故记录导线长度即可求得电压之比，故第3步中记下AC间的长度L1.

(4)第4步时，测量待测电源的电动势，方向不变，即使电流计指针指向零，再记下AC间的长度L2.

(5)要使G中电流为零，则应使AC段的电压恰好等于接入电源的电动势，设AB上单位长度的电阻为r，则有：I0L1r＝Es；I0L2r＝Ex，联立解得：Ex＝Es.

答案：(3)AC间的长度L1　(4) 电流计示数为零　AC间的长度L2　(5) Es

4．某研究性学习小组利用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻，实验原理如图甲所示，其中，虚线框内为用灵敏电流计G改装的电流表A，V为标准电压表，E为待测电池组，S为开关，R为滑动变阻器，R0是标称值为4.0 Ω的定值电阻．

(1)已知灵敏电流计G的满偏电流Ig＝100 μA、内阻rg＝2.0 kΩ，若要改装后的电流表满偏电流为200 mA，应并联一只________ Ω(保留一位小数)的定值电阻R1.

(2)根据图甲，用笔画线代替导线将图乙连接成完整电路．

(3)某次实验的数据如表所示：

该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法)，计算出电池组的内阻r＝________ Ω(保留两位小数)；为减小偶然误差，逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是________________________________________．

(4)该小组在前面实验的基础上，为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响，用一已知电动势和内阻的标准电池组，通过上述方法多次测量后发现：电动势的测量值与已知值几乎相同，但内阻的测量值总是偏大．若测量过程无误，则内阻测量值总是偏大的原因是________．(填选项前的字母)

A．电压表内阻的影响

B．滑动变阻器的最大阻值偏小

C．R1的实际阻值比计算值偏小

D．R0的实际阻值比标称值偏大

解析：(1)由电流表的改装知识可知．

R1＝＝Ω≈1.0 Ω.

(2)如图所示．

(3)根据闭合电路欧姆定律结合逐差法可知

r1＝－R0，r2＝－R0，

r3＝－R0，r4＝－R0.

故r＝

＝－R0≈1.66 Ω.

逐差法在计算中体现的主要优点是：充分利用已测得的数据．

(4)根据题意可知，内阻的测量值为r测＝－R0，因此，电压表的内阻、滑动变阻器的阻值对测量结果无影响．若R1的实际值比计算值偏小，则改装后的电流表示数偏小，导致内阻测量值偏大．根据内阻测量值的表达式可知，R0的实际值比标称值偏大，也会导致内阻测量值偏大．故选C、D.

答案：(1)1.0　(2)见解析图(其他正确连接同样可以)

(3)1.66　充分利用已测得的数据　(4)CD

2019届高考物理总复习 第八章 恒定电流 实验十 测定电源的电动势和内阻随堂检测