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第4章　閉合電路歐姆定律與科學用電
專題強化練5　測電源的電動勢和內阻
1.太陽能電池是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片,又稱為“太陽能芯片”或“光電池”,只要光照達到一定的強度,瞬間就可輸出電壓。某興趣小組利用實驗室的器材測量某光電池的電動勢和內阻(已知相同光照強度下該光電池的電動勢不變)。
(1)一同學在某次實驗中,連接好電路(如圖甲所示),閉合開關后,發現無論怎么移動滑動變阻器的滑片,電壓表有示數且不變,電流表始終沒有示數。為查找故障,在其他連接不變的情況下,他將電壓表連接a位置的導線端分別試觸b、c、d三個位置,發現試觸b、c時,電壓表有示數;試觸d時,電壓表沒有示數。若電路中僅有一處故障,則　　　　(填選項前的字母)。
A.導線ab斷路
B.滑動變阻器斷路
C.導線cd斷路
D.滑動變阻器短路
(2)另一同學根據所給器材設計合理的實驗電路:①定值電阻應選　　　　(填“R1”或“R2”),在圖乙所示方框中畫出合理的電路圖。
待測光電池(電動勢約為3 V、內阻約為10 Ω)
電流表A1(量程為0~3 mA、內阻RA1=100 Ω)
電流表A2(量程為0~600 mA、內阻約為1 Ω)
定值電阻R1=900 Ω
定值電阻R2=200 Ω
滑動變阻器R(0~200 Ω)
開關S,導線若干
②實驗Ⅰ:該同學用一定強度的光照射該電池,閉合開關S,調節滑動變阻器R的阻值,讀出電流表A1的讀數I1和電流表A2的讀數I2,得到I1-I2圖線為圖丙中曲線a。若改裝的電壓表可視為理想電壓表,由圖可知,該電池的電動勢為　　　　V。
③實驗Ⅱ:減小實驗Ⅰ中光的強度,重復實驗,測得I1-I2圖線b,當滑動變阻器的電阻為某值時,若實驗Ⅰ中的電流表A1的讀數I1為1.50 mA,改裝的電壓表可視為理想電壓表,則實驗Ⅱ中滑動變阻器消耗的電功率約為　　　　mW。
2.在測定一節干電池的電動勢和內阻(電動勢約1.5 V,內阻小于2.0 Ω)的實驗中,備有下列器材:電流表A1(0~3 mA,內阻r1=5.0 Ω),電流表A2(0~0.6 A,內阻r2=0.5 Ω),滑動變阻器R1(0~10 Ω,允許通過的最大電流為2.0 A),滑動變阻器R2(0~100 Ω,允許通過的最大電流為1.0 A),定值電阻R3(阻值為995 Ω),定值電阻R4(阻值為9.5 Ω),開關和導線若干。
(1)某同學發現上述器材中雖然沒有電壓表,但給出了兩個電流表,于是他設計了如圖甲所示的實驗電路,圖中x表為電流表　　　　,y表為電流表　　　　,定值電阻應選　　　　,滑動變阻器應選　　　　。(均填寫器材的字母代號)
(2)圖乙為該同學根據實驗電路,利用測出的數據繪出的I1與(I1+I2)的關系圖線,I1為電流表A1的示數,I2為電流表A2的示數,則由圖線可求被測干電池的電動勢E=　　　　V,內阻r=　　　　 Ω。(結果保留兩位有效數字)
(3)在電路連接良好的情況下,該實驗方案　　　　(選填“有”或“沒有”)系統誤差。
3.某實驗小組欲測量一塊疊層電池的電動勢和內阻,所用器材如下:
待測疊層電池(電動勢約為9 V,內阻約為幾歐);
電流表(量程為0~1 mA,內阻RA=30 Ω);
電阻箱(最大電阻值Rm=9 999.9 Ω);
定值電阻R0(阻值不超過20 Ω);
開關S一個、單刀雙擲開關K一個、導線若干。
　　
(1)如圖甲所示是該小組設計的測量定值電阻R0阻值的電路圖,按圖連接好器材后,先將電阻箱的阻值調到　　　　(填“最大”或“零”),將K接到1端,閉合S,記下電流表的讀數I1,再將K接到2端,調節電阻箱,使電流表的讀數仍為I1,記下電阻箱此時的阻值為9 989.9 Ω,則定值電阻的阻值R0=　　　Ω。
(2)圖乙、圖丙是該小組設計的測量電源電動勢和內阻的兩個待選實驗電路圖,其中　　　(填“圖乙”或“圖丙”)更加合理。
(3)按(2)中所選的電路圖連接器材,進行實驗,根據測量的數據作出-R圖線如圖丁所示,圖線的斜率為k,縱截距為b,則電源的電動勢E=　　　　,內阻r=　　　　。(用k、R0、RA和b表示)
答案與分層梯度式解析
第4章　閉合電路歐姆定律與科學用電
專題強化練5　測電源的電動勢和內阻
1.答案　(1)C　(2)①R1　圖見解析　②2.90　③69
解析　(1)閉合開關后,發現無論怎么移動滑動變阻器的滑片,電流表示數始終為零,可能是電路中出現斷路,電壓表的示數不變化,說明電壓表串聯在電路中,當試觸b、c時電壓表有示數、試觸d時電壓表沒有示數,說明在c、d之間某處發生了斷路。故選C。
(2)①待測光電池電動勢約為3 V,電流表A1內阻已知,將電流表A1改裝成量程為3 V的電壓表,根據電表改裝原理有U=Ig(RA1+R串),解得R串=900 Ω,故定值電阻應選R1。
電流表A2阻值與待測光電池內阻接近,應采用如圖所示的接法。電路圖如下。
②根據閉合電路的歐姆定律有E=I1(RA1+R1)+I2r,整理得I1=-I2+
結合圖像可得=2.90 mA,電池的電動勢為E=2.90 V
③當滑動變阻器的電阻為某值時,若實驗Ⅰ中的電流表A1的讀數I1為1.50 mA,由圖可知此時電流表A2的讀數I2為185 mA,將該點與原點連接,所得的圖線與曲線b的交點對應的I2=92 mA、I1=0.75 mA,則實驗Ⅱ中滑動變阻器消耗的電功率為P=UI2=I1(RA1+R1)I2=0.75×1 000×10-3×92 mW=69 mW
2.答案　(1)A2　A1　R3　R1　(2)1.5　1.2　(3)沒有
解析　(1)由電路圖可知電表x是用來測量流過滑動變阻器的電流,故應該為電流表A2。因為沒有電壓表,可以用電流表與定值電阻串聯改裝成電壓表,由電路圖可知y應該是A1,電流表A1的量程為0~3 mA,要測1.5 V電壓,電壓表內阻至少為R==500 Ω,電流表A1內阻為5 Ω,由電路圖可知串聯的定值電阻阻值至少為R'=R-r1=495 Ω,故定值電阻應該選R3,滑動變阻器應該選R1。
(2)根據閉合電路歐姆定律有E=(r1+R3)I1+(I1+I2)r,整理得I1=-(I1+I2)+
將圖像和數學關系式結合,可知其斜率為k=-
其縱軸截距為b=
解得E=1.47 V≈1.5 V,r=1.18 Ω≈1.2 Ω。
(3)由上述的實驗數據分析可知,已經將兩表的內阻考慮進去了,故沒有系統誤差。
3.答案　(1)最大　10　(2)圖丙　(3)　
-
解析　(1)為了保護電路,防止流過電流表的電流過大,按圖連接好器材后,先將電阻箱的阻值調到最大。
當K接到1時,電阻箱的阻值為Rm,路端電壓為U=I1(Rm+RA),當K接到2時U=I1(R0+R+RA),代入數據解得R0=10 Ω。
(2)由于電流表量程較小,乙電路中電阻箱的調節范圍較小,丙電路中電阻箱的調節范圍較大,因此圖丙更合理。
(3)根據串、并聯電路的特點可知電流表與電阻R0并聯的總電阻為
RA0=
干路電流為
I干=+I
根據閉合電路歐姆定律得
E=I干(R+r+RA0)
聯立可得
=·R+
結合圖像可得
k=
=b
聯立解得
E=
r=-
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