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1、1专题突破与题型专练 电学创新实验(二)题型一:电动势和内阻的测量1.为了测定某电池的电动势(约 1011 V)和内电阻(小于 2 ),需要把一个量程为 5 V 的直流电压表接一固定电阻(用电阻箱代替),改装为量程为 15 V 的电压表,然后用伏安法测电源的电动势和内电阻,以下是该实验的操作过程:(1)把电压表量程扩大,实验电路如图(甲)所示,请完成第五步的填空.第一步:把滑动变阻器滑片移至最右端第二步:把电阻箱阻值调到零第三步:闭合开关第四步:把滑动变阻器滑片调到适当位置,使电压表读数为 4.5 V第五步:把电阻箱阻值调到适当值,使电压表读数为 V 第六步:不再改变电阻箱阻值,保持电压表和电

2、阻箱串联,撤去其他线路,即得量程为 15 V 的电压表(2)上述实验可供选择的器材有:A.某电池(电动势约 1011 V,内电阻小于 2 )B.电压表(量程为 5 V,内阻约 4 k)C.电阻箱(阻值范围 09 999 )D.电阻箱(阻值范围 099 999 )E.滑动变阻器(阻值为 020 ,额定电流 2 A)F.滑动变阻器(阻值为 020 k,额定电流 0.2 A)电阻箱应选 ,滑动变阻器应选 (用大写字母表示). (3)用该扩大了量程的电压表(电压表的表盘没变),测电源电动势 E 和内电阻 r,实验电路如图(乙)所示,得到多组电压 U 和电流 I 的值,并作出 U I 图线如图(丙)所示

3、,可知电池的电动势为 V,内电阻为 (保留 3 位有效数字). 解析:(1)把 5 V 的直流电压表接一电阻箱,改装为量程为 15 V 的电压表时,将直流电压表与2电阻箱串联,整个作为一只电压表,据题分析,电阻箱阻值调到零,电压表读数为 4.5 V,则知把电阻箱阻值调到适当值,使电压表读数为 1.5 V.(2)由题图(丙)所示图像可知,最大电流为 1.75 A,大于 0.2 A,则为保护电路安全,滑动变阻器应选 E,电阻箱选择 C.(3)由题(丙)读出,外电路断路时,电压表的电压为 U=3.5 V,则电源的电动势为 E=33.5 V=10.5 V,内阻为 r= = 1.71 .答案:(1)1.

4、5 (2)C E (3)10.5 1.712.在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中.(1)备有如下器材:A.干电池 1 节;B.滑动变阻器(020 );C.滑动变阻器(0 1 k);D.电压表(03 V);E.电流表(00.6 A);F.电流表(03 A);G.开关、导线若干其中滑动变阻器应选 ,电流表应选 (只填器材前的序号). (2)为了最大限度地减小实验误差,请在虚线框中画出该实验最合理的电路图.(3)某同学记录的实验数据如表所示,试根据这些数据在图中画出 U I 图线,根据图线得到被测电池的电动势 E= V,内电阻 r=. 次数物理量 1 2 3 4 5 6I/A 0

5、.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.40U/V 1.32 1.26 1.18 1.13 1.04 0.93解析:(1)为方便实验操作,滑动变阻器选择小电阻,故应选 B;电路最大电流约不到 1 A,电流3表选 E.(2)由于电压表的内阻一般较大,而电源的内阻较小,故可采用电压表直接测量路端电压的方法,这样电压表的分流较小,可减小测量误差,电路如图所示.(3)由描点法作出 U I 图像,如图所示.由图示电源 U I 图像可知,图像与纵轴交点坐标值为 1.45,电源电动势 E=1.45 V,电源内阻r= = =1.3 .答案:(1)B E (2)图见解析(3)图线见解析 1.45 1

6、.33.(2018甘肃兰州高二检测)为测定一节新干电池的电动势和内电阻(已知该干电池的内电阻相当小,额定电流为 0.7 A),可供选择的器材有:电压表 A.量程 3 V,内阻为 10 k;电压表 B.量程 15 V,内阻为 20 k;电流表 C.量程 0.8 A,内阻约为 0.5 ;电流表 D.量程 3 A,内阻约为 0.2 ;滑动变阻器 E.最大电阻 10 ,额定电流 0.7 A;滑动变阻器 F.最大电阻 2 k,额定电流 2 A;G.定值电阻 R0为 1 ;H.开关、导线若干.(1)要使实验误差较小且操作方便,可选择的器材是 (填字母代号); (2)图(甲)中的电路图应选择 ; 4(3)实

7、验测得 9 组数据,已标在图(乙)的坐标中,请在图(乙)中连线,从图中可得电池内阻 r= (结果保留两位有效数字). 解析:(1)一节干电池的电动势约为 1.5 V,则电压表选 3 V 量程,应用伏安法测一节干电池电动势与内阻时,最大电流约为零点几安培,则电流表选择 0.8 A 量程,为方便实验操作,滑动变阻器应选 E;为了准确测量应接入定值电阻等效为电源内阻再进行测量;同时还需要开关和导线,故所用仪器为 ACEGH.(2)本实验应将定值电阻与电源串联以增大等效内阻;因电压表内阻较大,故应采用相对电源的外接法,故电路图应选择 D.(3)用直线将各点连接,如图所示.由 U=E-I(R+r),可得

8、 R+r= =1.15 ,故内阻 r=(1.15-1) =0.15 .答案:(1)ACEGH (2)D (3)0.154.为测量一未知电源电动势和内阻,某同学设计了如图所示电路,电路中所用到的器材规格如下:待测电源:电动势为 46 V,内阻为几十欧姆;5定值电阻:R 0=10 ;定值电阻:R 2=3 k;电阻箱 R1:09 999 ;电压表:量程 03 V,内阻 RV=3 k;开关、导线若干(1)闭合开关后,将电阻箱的阻值由零开始逐渐增大,记录若干组电阻箱 R1和电压表的读数;(2)第一次该同学将得到的数据在 U R1坐标系中描点连线,得到如图(甲)所示曲线,曲线与纵轴的截距为 b1=0.8

9、V,虚线为图中曲线的渐近线.由图可得电动势 E= V,内阻 r= ; (3)第二次该同学将得到的数据在 坐标系中描点连线,得到如图(乙)所示直线,直线与纵轴的截距为 b2=0.4 V-1,斜率 k=8.4 V -1.由图可得电动势 E= V,内阻 r= ; (4)将两次数据处理方式进行对比,误差较小的应为第 (填“一”或“二”)次. 解析:(2)当 R1接近最大值时 R 外 r,则此时的路端电压近似等于电源的电动势,因 R2=RV,则U 外 =4.8 V,故 E=4.8 V.当 R1=0 时,R 外 =10 ,而此时的路端电压 U 外 =20.8 V=1.6 V,据= 得 r=20 .(3)据

10、闭合电路欧姆定律有 E=2U+ r,变形得 = + ,结合图像可知=0.4 V-1, =8.4 V -1,得 E=5.0 V,r=21 .(4)在数据处理中,画出的图线为直线时,更容易找出对应关系,可精确求解.答案:(2)4.8 20 (3)5.0 21 (4)二题型二:电学综合创新实验1.某实验小组研究未知电阻 X 的阻值,使用的器材包括电压表(内阻约为 3 k)、电流表、滑动变阻器、电源、导线、开关等等.6(1)使用多用电表粗测电阻 X 的阻值,选择“10”欧姆挡进行测量,示数如图(甲)所示,多用电表的读数为 . (2)图(乙)中所用电流表是由量程为 Ig=600 A、内阻为 Rg=1 0

11、00 的微安表改装而成的,改装电路如图(丙)所示,要求改装后的电流表量程为 I=0.6 A,则图(丙)中 R1的阻值为 (结果保留两位有效数字). (3)根据以上数据,为使测量结果更加精确,该实验原理图应该选择图(乙)中的 (选填“a”或“b”),电阻 X 阻值的测量结果 (选填“大于” “小于”或“等于”)它的真实值. (4)某同学在(2)的基础上,对电流表进行了进一步的改装,通过串联电阻 R2=4 将其改装为电压表,如图(丁)所示,该电压表的量程为V(结果保留两位有效数字). 解析:(1)欧姆表测电阻时,测量值为读数乘以倍率,故电阻测量值为 100 .(2)根据并联电路中电阻与电流成反比可

12、知 = ,解得 R11.0 .(3)由于改装后电流表内阻已知,其分压情况可计算,所以将电流表内接可减小误差,故选 b;电阻 X 的测量值为未知电阻与电流表内阻之和,因电流表内阻已知,所以测量值等于真实值.(4)由欧姆定律可知,串联电阻 R2后,电压表量程 U=0.6(1+4) V=3.0 V.答案:(1)100 (2)1.0 (3)b 等于 (4)3.02.二极管的说明书上提供了它的伏安特性曲线(正向最大电流 40 mA 左右),物理兴趣小组想要验证该二极管的伏安特性曲线.7(1)选择好实验器材准备连接电路时,发现二极管外壳正、负极的标识不清楚,于是就用多用电表欧姆挡判断二极管的正、负极.用欧

13、姆表“1 k”挡两次实验情况如图(甲)、(乙)所示,由此可知 (选填“A”或“B”)端为二极管的正极; (2)该物理兴趣小组要对二极管加正向电压时的伏安特性曲线进行验证,实验室提供的器材有:A.直流电源 E:电动势 3 V,内阻忽略不计B.待测二极管 DC.滑动变阻器 R:020 D.电压表 V:量程 3 V,内阻约 20 kE.电流表 A:量程 50 mA,内阻约 5 F.单刀单掷开关 S,导线若干请在虚线框内的实验电路图中加上直流电源 E 及滑动变阻器 R,并将电路图连接完整.解析:(1)题图(甲)所示多用电表欧姆挡显示电阻很大,说明题图(甲)中红表笔接的是二极管正极,即 B 端为二极管的

14、正极.(2)验证二极管的伏安特性曲线实验中的滑动变阻器应采用分压接法,二极管应正向接入电路.由于二极管正向电阻较小,电流表应外接,如图所示.答案:(1)B (2)实验电路图见解析3.现要测量电压表的内阻和电源的电动势,提供的器材有:电源(电动势约为 6 V,内阻不计),电压表 V1(量程 2.5 V,内阻约为 2.5 k),电压表 V2(量程 3 V,内阻约为 10 k),电阻箱R0(最大阻值为9 999.9 ),滑动变阻器 R1(最大阻值为 3 k),滑动变阻器 R2(最大阻值为 500 ),单刀单掷开关一个,导线若干.(1)在图(甲)中完成测量原理电路图的连线.8(2)电路中应选用滑动变阻

15、器 (选填“R 1”或“R 2”). (3)按照下列实验步骤进行实验:闭合开关前,将滑动变阻器和电阻箱连入电路的阻值调至最大;闭合开关,将电阻箱调到 6 k,调节滑动变阻器至适当的位置,此时电压表 V1的示数为1.60 V,电压表 V2的示数为 2.40 V;保持滑动变阻器连入电路的阻值不变,再将电阻箱调到 2 k,此时电压表 V1的示数如图(乙),其示数为 V,电压表 V2的示数为 1.40 V. (4)根据实验数据,计算得到电源的电动势为 V,电压表 V1的内阻为 k,电压表 V2的内阻为 k. 解析:由题意可知,电源内阻不计,若滑动变阻器采用分压式接法,则无法测量电源的电动势;滑动变阻器

16、采用限流式接法,改变滑动变阻器的接入电阻值,可改变电压表的示数,所以滑动变阻器应采用限流式接法,且应选择阻值与负载阻值接近的,即选 R1.电压表 V1和 V2串联,则电阻箱应与其中一个电压表并联.当电阻箱阻值变小时,V 2示数变小,V 1示数变大,所以 V2与电阻箱并联.当电压表 V2的示数为 2.40 V 时,电压表 V1的示数为 1.60 V;当电压表 V2的示数为 1.40 V 时,电压表 V1的示数为 2.10 V,根据 E 总 =E 分 方程可得,电压表 V1的内阻与此时滑动变阻器接入电路的阻值相同,则滑动变阻器两端电压与电压表 V1的电压相同,可得电源的电动势为 5.60 V,再根

17、据闭合电路欧姆定律列方程有 = , =,联立可得电压表 V1的内阻为2.5 k,电压表 V2的内阻为 10 k.答案:(1)图见解析 (2)R 1 (3)2.10(4)5.60 2.5 104.电源的输出功率与外电路的电阻有关.图(甲)是研究它们关系的实验电路.为了便于进行实验和保护蓄电池,给蓄电池串联了一个定值电阻 R0,把它们一起看做电源 E(图中虚线框内9部分).(1)在图(乙)中,按图(甲)画出连线,把所示的器件连接成实验电路.(电压表内阻约为 3 k,电流表内阻约为 0.1 )(2)实验中,多次调节电阻 R,读出电压表和电流表的示数 U(单位:V)和 I(单位:A).根据测量数据,通过电脑描绘出 U I 图,拟合图线,得到的函数解析式为 U=4-5I,则电源 E 输出功率的最大值是 ,对应的外电路的阻值是 . 解析:(1)连线如图所示.(2)根据绘出的 U I 图像的函数解析式 U=4-5I,可知,电源内阻(即定值电阻 R0与蓄电池内阻之和)为 5 ,电动势为 4 V.根据电源输出功率最大的条件,知当外电路电阻等于电源内阻时,电源输出功率最大,最大功率 Pmax= = W=0.8 W.答案:(1)见解析 (2)0.8 W 5