【-學(xué)案導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)】2020-2021學(xué)年高中物理(人教版-選修3-1)第2章-第10節(jié)-課時(shí)作業(yè)

第10節(jié)試驗(yàn)：測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻1．由E＝U＋I(xiàn)r知，只要測(cè)出U、I的兩組數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程，從而解出E、r，因此用電壓表、電流表加上一個(gè)可變電阻就能測(cè)E、r，電路圖如圖1所示．圖1若接受此方法，為了減小誤差，可以多測(cè)幾組I和U的數(shù)據(jù)，分別列出若干組聯(lián)立方程．求出若干組E和r，最終以E的平均值和r的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果．或以I為橫坐標(biāo)，U為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系．據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)．此時(shí)大致可以看出這些點(diǎn)呈直線分布，假如發(fā)覺(jué)個(gè)別明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)把它剔除．用直尺畫(huà)一條直線，使盡量多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)能均勻分布在直線兩側(cè)，這條直線就能很好地代表U—I關(guān)系，這條直線與U軸的交點(diǎn)表示I＝0，屬于斷路的狀況，這時(shí)的電壓U等于電動(dòng)勢(shì)，這條直線與I軸的交點(diǎn)表示U＝0，屬于短路的狀況，依據(jù)短路電流I短跟電源內(nèi)阻r、電動(dòng)勢(shì)E的關(guān)系r＝eq\f(E,I短)，就可計(jì)算出電源的內(nèi)阻．2．由E＝IR＋I(xiàn)r可知，只要能得到I、R的兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于E、r的兩個(gè)方程，就能解出E、r，用到的器材有電源、開(kāi)關(guān)、變阻箱、電流表，電路圖如圖2所示．圖23．由E＝U＋eq\f(U,R)r知，假如能得到U、R的兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于E、r的兩個(gè)方程，就能解出E、r，用到的器材是電源、開(kāi)關(guān)、變阻箱、電壓表，電路圖如圖3所示．圖34．用伏安法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的試驗(yàn)中，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A．應(yīng)選用舊的干電池作為被測(cè)電源，以使電壓表讀數(shù)變化明顯B．應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電壓表和電流表C．移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片時(shí)，不能使滑動(dòng)變阻器短路造成電流表過(guò)載D．使滑動(dòng)變阻器阻值盡量大一些，測(cè)量誤差才小答案BD解析選用電表時(shí)應(yīng)選用內(nèi)阻較大的電壓表和內(nèi)阻較小的電流表；同時(shí)，滑動(dòng)變阻器的阻值不能太大，假如太大不便于調(diào)整．5．為測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，待測(cè)電池、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線協(xié)作下列儀器可達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康牡氖?)A．一只電流表和一只電阻箱B．一只電壓表和一只電阻箱C．一只電流表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器D．一只電壓表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器答案AB解析由E＝IR＋I(xiàn)r知測(cè)E、r用一只電流表測(cè)電流，用電阻箱轉(zhuǎn)變外電阻并可讀出阻值，只要獲得兩組I、R數(shù)據(jù)即可求得E、r，用滑動(dòng)變阻器無(wú)法確定接入電路的電阻，故A正確，C不行行；由E＝U＋eq\f(U,R)·r知測(cè)E、r用一只電壓表和一只電阻箱可獲得兩組U、R值求出E、r，故B可行；若用一只電壓表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器不行以，因滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值無(wú)法確定，故D不能達(dá)到目的．【概念規(guī)律練】學(xué)問(wèn)點(diǎn)一試驗(yàn)原理1．在測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的試驗(yàn)中，電源的電動(dòng)勢(shì)約為6V，內(nèi)阻約為0.5Ω，電流表的內(nèi)阻為0.5Ω，電壓表的內(nèi)阻為6kΩ.為了減小試驗(yàn)誤差，應(yīng)當(dāng)接受的電路是選項(xiàng)中的()答案A解析電流表的內(nèi)阻與電源的內(nèi)阻差不多，接受電流表外接法．B圖測(cè)的實(shí)際上是電源內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻之和，誤差較大，故選A、D圖錯(cuò)誤，C圖無(wú)法測(cè)出．2．圖4是依據(jù)某次測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的試驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)作出的U－I圖象，下列關(guān)于這個(gè)圖象的說(shuō)法中正確的是()圖4A．縱軸截距表示待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)，即E＝3.0VB．橫軸截距表示短路電流，即I0＝0.6C．依據(jù)r＝eq\f(E,I0)，計(jì)算出待測(cè)電源內(nèi)阻為5ΩD．依據(jù)r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|，計(jì)算出待測(cè)電源內(nèi)阻為1Ω答案AD解析由于縱坐標(biāo)并非從零開(kāi)頭，故橫軸截距不是短路電流，內(nèi)阻r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|＝eq\f(3.0－2.4,0.6－0)Ω＝1Ω.學(xué)問(wèn)點(diǎn)二電路的連接3．如圖5所示是測(cè)量?jī)晒?jié)干電池組成的串聯(lián)電池組的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的試驗(yàn)所用器材，用實(shí)線將它們連成試驗(yàn)電路．圖5答案見(jiàn)解析圖解析甲首先畫(huà)出試驗(yàn)電路圖如右圖甲所示．依據(jù)電路圖連接實(shí)物圖如圖乙所示．由于待測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)約為3V，所以電壓表選用0～3V的量程；干電池的允許電流一般在0.5A左右，所以電流表應(yīng)選用0～0.6乙方法總結(jié)連接實(shí)物電路圖時(shí)，要留意以下幾點(diǎn)：(1)先畫(huà)出原理圖，這是連接實(shí)物的依據(jù)．(2)先接干路，再接支路，例如本題中電壓表可看做支路，因此先把電源、開(kāi)關(guān)、電流表、滑動(dòng)變阻器依挨次連成閉合電路，最終再把電壓表的正負(fù)接線柱連接到相應(yīng)的位置．(3)留意電源的正負(fù)極、電表的正負(fù)接線柱、電表量程的選擇以及滑動(dòng)變阻器接線柱的合理選用．【方法技巧練】一、試驗(yàn)器材的選擇方法4．用如圖6所示電路，測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．電池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)整滑動(dòng)變阻器時(shí)造成短路，電路中用一個(gè)定值電阻R0起疼惜作用．除電池、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線外，可供使用的試驗(yàn)器材還有：圖6(a)電流表(量程0.6A、(b)電壓表(量程3V、15V)；(c)定值電阻(阻值1Ω、額定功率5W)；(d)定值電阻(阻值10Ω、額定功率10W)；(e)滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0～10Ω、額定電流2(f)滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0～100Ω、額定電流1那么：(1)要正確完成試驗(yàn)，電壓表的量程應(yīng)選擇______V，電流表的量程應(yīng)選擇________A；R0應(yīng)選擇________Ω的定值電阻，R應(yīng)選擇阻值范圍是________Ω的滑動(dòng)變阻器．(2)引起該試驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要緣由是________．答案(1)30.610～10(2)電壓表的分流解析(1)一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5V，所以電壓表量程選擇3V即可，一節(jié)干電池的允許電流在0.6A以下，因此電流表量程選擇0.6R0起疼惜作用使電路中的電流在0.6A以下，若選用定值電阻10Imax＝eq\f(E,R0＋r)<eq\f(E,R0)＝eq\f(3,10)A＝0.3A則電流表指針指在半刻度以下，測(cè)量誤差太大，因此定值電阻應(yīng)選用1Ω.若選用滑動(dòng)變阻器0～100Ω的，則使用范圍太小，不便利操作，因此選用滑動(dòng)變阻器0～10Ω即可．(2)電流表應(yīng)測(cè)量通過(guò)電源的電流，但由于電壓表的分流作用，電流表實(shí)際測(cè)量的電流值比通過(guò)電源的電流小，所以引起該試驗(yàn)誤差的主要緣由是電壓表的分流．二、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法5．用電流表和電壓表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，所用電路如圖7(a)所示，一位同學(xué)測(cè)得的六組數(shù)據(jù)如下表所示.組別123456電流I/A0.120.200.310.320.500.57電壓U/V1.371.321.241.181.101.05(1)試依據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖(b)中作出U—I圖線．圖7(2)依據(jù)圖線求出電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，電池的內(nèi)阻r＝________Ω.答案(1)見(jiàn)解析圖(2)1.450.69解析本題考查用作圖法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的力氣．作圖線時(shí)應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)落在直線上，個(gè)別偏離太大的點(diǎn)應(yīng)舍去，圖線如下圖所示．由圖線與縱軸的交點(diǎn)可得電動(dòng)勢(shì)E＝1.45V，再讀出圖線與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)(1.00,0.65)，由E＝U＋I(xiàn)r得r＝eq\f(E－U,I)≈0.69Ω.點(diǎn)評(píng)在畫(huà)U—I圖象時(shí)，要盡量使多數(shù)點(diǎn)落在直線上，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去，這樣可削減偶然誤差，提高測(cè)量精度．6．在測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的試驗(yàn)中，用電源、電阻箱、電壓表連成如圖8所示的電路．一位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：圖8R/Ω2.03.06.0101520U/V1.301.361.411.481.491.50依據(jù)這些數(shù)據(jù)選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸，并在圖9所示的方格紙上畫(huà)出圖線，依據(jù)圖線讀出電源的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，求得電源的內(nèi)阻r＝________Ω.圖9答案1.530.35解析由記錄的六組數(shù)據(jù)可求出各電阻值時(shí)的電流，由題表可得下表U—I值：U/V1.301.361.411.481.491.50I/A0.650.450.240.150.100.075用縱軸表示U，橫軸表示電流I.用描點(diǎn)法描出U—I圖線(如下圖所示)，縱坐標(biāo)上截距為1.53V，所以E＝1.53V．由E＝U1＋I(xiàn)r＝1.3V＋0.65A·r＝1.53V，得r＝0.35三、測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻7．在做測(cè)干電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的試驗(yàn)時(shí)備有下列器材可供選用．A．干電池(電動(dòng)勢(shì)約為1.5V)B．直流電流表(量程為0～0.6～3A,0.6A擋內(nèi)阻為0.10Ω，3C．直流電壓表(量程為0～3～15V,3V擋內(nèi)阻為5kΩ，15V擋內(nèi)阻為25kΩ)D．滑動(dòng)變阻器(阻值范圍為0～15Ω，允許最大電流為1E．滑動(dòng)變阻器(阻值范圍為0～1000Ω，允許最大電流為0.5F．開(kāi)關(guān)G．導(dǎo)線若干H．電池夾(1)將選定的器材按本試驗(yàn)要求的電路(系統(tǒng)誤差較小)給圖10所示的實(shí)物圖連線．圖10(2)依據(jù)試驗(yàn)記錄，畫(huà)出的U—I圖象如圖11所示，可得待測(cè)電池的內(nèi)阻r＝________Ω.圖11答案(1)如下圖所示(2)1解析(1)實(shí)物連接圖如上圖所示，首先是儀器選擇，只有1節(jié)干電池，故電壓表選C(0～3V)；整個(gè)試驗(yàn)電路中只要不造成短路現(xiàn)象，在此試驗(yàn)中電池放電電流也不宜超過(guò)0.6A為宜，故電流表量程應(yīng)選B(0～0.6A)；由以上知滑動(dòng)變阻器應(yīng)選D(0～15Ω)；還要用開(kāi)關(guān)F、導(dǎo)線G和電池夾H.其次是電路選擇，題目要求系統(tǒng)誤差較小，應(yīng)接受右圖所示的電路．所以選用器材代號(hào)為：A、B(0～0.6A)、C(0～3V)、D(2)由U—I圖象可知E＝1.5V，r＝eq\f(1.5－0.7,0.8－0)Ω＝1Ω.點(diǎn)評(píng)恰當(dāng)選擇器材是做好試驗(yàn)的基礎(chǔ)．要遵循科學(xué)性、精確?????性、平安性的原則．此處還應(yīng)特殊留意，圖象縱坐標(biāo)不是從零開(kāi)頭，所以r≠eq\f(1.5,0.8)Ω.1．下列給出多種用伏安法測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的數(shù)據(jù)處理方法，其中既能減小偶然誤差又直觀、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rB．多測(cè)幾組I、U的數(shù)據(jù)，求出幾組E、r，最終分別求出其平均值C．測(cè)出多組I、U的數(shù)據(jù)，畫(huà)出U—I圖象，再依據(jù)圖象求E、rD．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內(nèi)電阻r答案C解析A中只測(cè)兩組數(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I、U的平均值是錯(cuò)誤的做法．2.用如圖12所示的電路測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，依據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)作出了如圖13所示的U—I圖象，由圖象可知()圖12圖13A．電池電動(dòng)勢(shì)為1.40VB．電池內(nèi)阻值為3.50ΩC．外電路短路時(shí)的電流為0.40D．電壓表的示數(shù)為1.20V時(shí)，電流表的示數(shù)I′約為0.20答案AD解析圖象與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)為電池的電動(dòng)勢(shì)E＝1.40V；電池內(nèi)阻r＝eq\f(1.40－1.00,0.40)Ω＝1Ω；依據(jù)E＝U＋I(xiàn)′r，代入數(shù)據(jù)得I′＝eq\f(E－U,r)＝eq\f(1.40－1.20,1)A＝0.20A.3.有三組同學(xué)分別測(cè)量三節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，利用圖線處理測(cè)得的數(shù)據(jù)，畫(huà)出U—I圖線如圖14所示，則三組同學(xué)測(cè)得的干電池電動(dòng)勢(shì)Ea、Eb、Ec大小關(guān)系是________，內(nèi)電阻ra、rb、rc大小的關(guān)系是________．(用“>”、“＝”或“<”表示)圖14答案Ea＝Eb>Ecrb>ra>rc4.用一只高阻值的電壓表和電阻箱，可以測(cè)得電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，按圖15所示連接電路，試驗(yàn)時(shí)先閉合S1，從電壓表中讀得U1＝2V，再閉合S2，轉(zhuǎn)變電阻箱的電阻，當(dāng)R＝24Ω時(shí)，U2＝1V，由上述數(shù)據(jù)可知，該電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________，內(nèi)阻r＝________.圖15答案2V24Ω解析由題意可知，電壓表內(nèi)阻為高阻值，則在先閉合S1時(shí)，U1＝E＝2V；當(dāng)再閉合S2且R＝24Ω，U2＝1V時(shí)，I＝eq\f(U2,R)＝eq\f(1,24)A，由閉合電路電壓關(guān)系有U內(nèi)＝E－U2＝1V．則r＝eq\f(U內(nèi),I)＝24Ω.5．在“測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的試驗(yàn)中，已連接好部分試驗(yàn)電路．(1)按如圖16甲所示的試驗(yàn)電路，把圖乙中剩余的電路連接起來(lái)．(2)在如圖乙所示的電路中，為避開(kāi)燒壞電表，閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于________端(填“A”或“B”)．圖16(3)圖17是依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的U—I圖象，由圖可知，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω.圖17答案(1)見(jiàn)解析(2)B(3)1.51.0解析(1)電路連接如右圖．(2)閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值應(yīng)當(dāng)最大，故滑片應(yīng)置于B端．(3)由圖象可知，電源電動(dòng)勢(shì)為1.5V，內(nèi)阻r＝eq\f(1.5－1.0,0.5)Ω＝1.0Ω.6．給你一個(gè)伏特表、一個(gè)電阻箱、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線等，如何依據(jù)閉合電路歐姆定律測(cè)出一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻．(1)畫(huà)出電路圖．圖18(2)試驗(yàn)過(guò)程中，將電阻箱撥到45Ω時(shí)，伏特表讀數(shù)為0.90V；若將電阻箱撥到圖18甲所示的______Ω時(shí)，伏持表的讀數(shù)如圖乙所示是________V.(3)依據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，可以算出該節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)電阻r＝________Ω.答案(1)電路圖如下圖所示．(2)1101.10(3)1.30207．用電流表和電壓表測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的試驗(yàn)中，所用電流表和電壓表的內(nèi)電阻分別為0.1Ω和1kΩ，如圖19所示為所需的器材．圖