2021高考物理一轮复习实验十测定电源的电动势和内阻高效演练含解析

-1-实验十测定电源的电动势和内阻1.要测量一节内阻较大的干电池的电动势和内阻，某同学设计了如图所示的实验电路，电路中的定值电阻R1=8Ω。(1)闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片调到最右端。闭合开关后，调节滑动变阻器，记录多组电压表的示数U1、U2，填在表中，请根据表格数据在如图所示的坐标系中作出U2-U1的图象。U1/V0.100.200.300.400.500.60U2/V1.050.900.750.700.450.30根据作出的图象可得到电池的电动势E=___________V，电池的内阻r=___________Ω。(2)由于电压表V1内阻的存在，测得的干电池电动势___________(选填“大于”“等于”或“小于”)电动势的真实值，测得的干电池内阻___________(选填“大于”“等于”或“小于”)内阻的真实值。【解析】(1)由表中数据采用描点法得出对应的图象如图所示；由闭合电路欧姆定律可知：E=U1+U2+r，解得：U2=E-U1，-2-由图可知，电动势E=1.20V；图象斜率|k|==；解得：r=4.0Ω(2)由(1)可得，由于V1内阻的影响，干路电流应大于，故题目中出现误差；当外电路断路时，电阻的影响可以忽略；故对电动势的测量没有影响；故电动势的测量值等于真实值；但如果考虑电压表内阻，表达式应为：U2=E-U1，因R′R1，故内阻的测量值大于真实值；答案：(1)见解析图1.204.0(2)等于大于2.两个学习小组分别用下面两种方案测量电源电动势和内阻。(1)方案一用内阻为3kΩ、量程为1V的电压表，保护电阻R0，电阻箱R，定值电阻R1，开关S测量一节干电池的电动势和内阻。①由于干电池电动势约为1.5V，需要把量程为1V的电压表扩大量程。若定值电阻R1可供选择的阻值有1kΩ、1.5kΩ、2kΩ，其中最合适的是___________kΩ。②请在虚线框内画出测量电源电动势和内阻的电路原理图，并完成图(a)中剩余的连线。(2)方案二按照图(b)的电路测量电源电动势和内阻，已知电流表内阻为RA，R1=RA，保护电阻的阻值为R0，若电流表读数为I，则通过电源的电流为___________。根据测得的数据作出了-R图象，图线的斜率为k，纵截距为b，则电源电动势E=___________，内阻r=___________。-3-【解析】(1)①一节干电池的电动势约为1.5V，把量程为1V的电压表串联1.5kΩ的定值电阻改装成量程1.5V即可。②电路图和实物连接图如图所示：(2)由于与电流表并联的定值电阻R1等于电流表内阻RA，若电流表读数为I，则通过电源的电流为2I。根据闭合电路欧姆定律得：E=2I(R+r+R0+)，整理得：=R+由=k可得：E=，由b=可得：r=-R0-答案：(1)①1.5②见解析图(2)2I-R0-3.在电学实验中，由于电压表、电流表内阻的影响，使得测量结果总存在系统误差。某校课外研究性学习小组进行了消除系统误差的探究实验，下面是一个实例：某探究小组设计了如图1所示的电路，该电路能够测量待测电源的电动势E和内阻r，辅助电源的电动势为E′、内阻为r′，A、B两点间有一灵敏电流计G。实验步骤如下：-4-①闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R和R′，使灵敏电流计的示数为零，读出电流表和电压表的示数I1和U1；②改变滑动变阻器R、R′的阻值，重新使灵敏电流计的示数为零，读出电流表和电压表的示数I2和U2；③重复步骤②，分别记录电流表和电压表的示数。④根据电流表和电压表的示数，描点画出U-I图象如图2所示。回答下面问题：(1)根据步骤①和②测得的数据得到待测电源的电动势和内阻的表达式分别为E=_________、r=___________。(2)根据画出的U-I图象得到待测电源电动势E=___________、r=___________(保留一位小数)。【解析】(1)灵敏电流计的示数为零，知A、B两点的电势差为0，则A、B两点电势相等，此时电压表读数等于电源的外电压，电流表示数为通过电源的电流。改变滑动变阻器R、R′的阻值，重新使得灵敏电流计的示数为零，电流表和电压表的示数为I2、U2。根据E=U1+I1r，E=U2+I2r，联立两式解得E=、r=(2)根据U=E-Ir可知，在U-I图象中斜率的绝对值表示电源内阻，截距表示电源电动势可知E=1.5V，r==Ω=1.0Ω答案：(1)(2)1.5V1.0Ω4.(2020·和平区模拟)新华中学高三物理兴趣小组的一位同学，发现了一块比较特殊的电池，于是他组织了几位同学利用以下器材来测量该电池的电动势和内阻。A.被测电池(电动势在10～15V之间，内阻未知)-5-B.电阻箱R(0～20Ω)C.定值电阻R0(阻值5Ω)D.电流表A1(量程2A，内阻较小)E.电流表A2(量程0.6A，内阻较小)F.开关G.导线若干实验中为了保护电路，用到了包括电池和定值电阻R0在内的几种【实验器材】。(1)在虚线框内补充【实验原理】图，并在图中表明所选器材的符号。(2)同学们利用实验数据作出了通过电源的电流I的倒数和外电路电阻R(R0除外)的关系图线，即-R图线，如图所示。根据图线求出电池的电动势为___________V，内阻为___________Ω。(保留2位有效数字)(3)测量值和真实值相比，电动势和真实值相比_________，内阻和真实值相比___________。(均选填“偏大”“相等”或“偏小”)【解析】(1)利用器材来测量电源电动势与内阻，由题意可知，实验中有两个未知内阻的电流表、一个电阻箱、一个开关与一个定值电阻，没有电压表，两电流表内阻未知，不能用电流表与定值电阻组成电压表测电压，因此不能用伏安法测电源电动势与内阻，应该用安阻法测电源电动势与内阻，电源电动势10～15V，为了保护电路安全、进行多次实验测出多组实验数据，电流表应选A1，安阻法测电源电动势与内阻的实验电路如图所示。-6-(2)由实验电路可知，在闭合电路中，电源电动势E=I(r+R0+R)，则=+R，由图所示图象可知，图象的截距b==0.5，图象的斜率k====，则电源电动势E==12V，电源内阻r=-R0=0.5×12Ω-5Ω=1.0Ω。(3)考虑电流表内阻对实验的影响，E=I(r+R0+RA+R)，=+R，电流表内阻会导致系统误差，使电源内阻测量值和真实值相比偏大，电动势和真实值相比相等。答案：(1)见解析图(2)121.0(3)相等偏大