（北京專用）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 第4講 實(shí)驗(yàn)：測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻精練（含解析）

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1、第4講　實(shí)驗(yàn):測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 A組　基礎(chǔ)鞏固 1.(2016北京理綜,19,6分)某興趣小組探究用不同方法測(cè)定干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,他們提出的實(shí)驗(yàn)方案中有如下四種器材組合。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果盡可能準(zhǔn)確,最不可取的一組器材是(　　) A.一個(gè)安培表、一個(gè)伏特表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器 B.一個(gè)伏特表和多個(gè)定值電阻 C.一個(gè)安培表和一個(gè)電阻箱 D.兩個(gè)安培表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器 答案　D　根據(jù)U=E-Ir,要測(cè)出E和r,就要同時(shí)測(cè)出U和I,A、B、C三個(gè)選項(xiàng)都能滿足要求;D選項(xiàng)只能測(cè)出電流I,不能測(cè)出電壓U,所以選D。 2.小芳同學(xué)利用手邊的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)了如圖所示的電路,電阻R的阻值以及電源

2、的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻均未知,電壓表另一端的接線位置待定。通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值獲得多組數(shù)據(jù),并描繪出U-I關(guān)系圖像(U、I分別為電壓表和電流表的示數(shù))。不計(jì)電表對(duì)電路的影響。下列說(shuō)法正確的是(　　) A.若接a,利用該圖像可得到電阻R的阻值 B.若接b,利用該圖像可得到電阻R的阻值 C.若接a,利用該圖像可得到電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 D.若接b,利用該圖像可得到電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 答案　D　當(dāng)接b時(shí),U-I圖線與U軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為電源電動(dòng)勢(shì),圖線斜率的絕對(duì)值為電源內(nèi)阻。當(dāng)接a時(shí),U-I圖線斜率的絕對(duì)值為電源內(nèi)阻與電阻R之和,與U軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為電源電動(dòng)勢(shì)。D項(xiàng)正確,A、B、C錯(cuò)誤

3、。 3.(2018朝陽(yáng)一模)利用如圖1所示的電路可以測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。 (1)現(xiàn)有電壓表(0~3 V)、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干,以及下列器材: A.電流表(0~0.6 A) B.電流表(0~3 A) C.滑動(dòng)變阻器(0~20 Ω) D.滑動(dòng)變阻器(0~100 Ω) 實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用　　　　;滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用　　　　。(選填相應(yīng)器材前的字母)? 圖1 圖2 (2)在圖2中用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線,按圖1將電路連線補(bǔ)充完整。 (3)實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)如表所示,其中5組數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)已經(jīng)標(biāo)在圖3的坐標(biāo)紙上,請(qǐng)標(biāo)出余下一組數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)點(diǎn),并畫(huà)出U-I圖線。 序號(hào)

4、 1 2 3 4 5 6 電壓U(V) 1.35 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10 電流I(A) 0.12 0.14 0.24 0.30 0.36 0.42 圖3 (4)根據(jù)圖3可得出干電池的電動(dòng)勢(shì)E=　　　　 V,內(nèi)電阻r=　　　　 Ω。? (5)小明同學(xué)學(xué)習(xí)了電源的相關(guān)知識(shí)后,制作了如圖4所示的水果電池。為了測(cè)量該電池的電動(dòng)勢(shì),他從實(shí)驗(yàn)室借來(lái)了靈敏電流表(內(nèi)阻未知,且不可忽略)、電阻箱、開(kāi)關(guān)以及若干導(dǎo)線,設(shè)計(jì)了如圖5所示的電路圖。你認(rèn)為小明同學(xué)能否準(zhǔn)確測(cè)出水果電池的電動(dòng)勢(shì),并說(shuō)明理由。 圖4 圖5 答案　(1)A

5、　C　(2)如圖所示 (3)如圖所示 (4)1.45(1.43~1.47)　0.83(0.80~0.86) (5)可以準(zhǔn)確測(cè)出水果電池的電動(dòng)勢(shì)。 根據(jù)閉合電路歐姆定律有E=I(R+r+Rg),變形可得1I=1ER+r+RgE。 實(shí)驗(yàn)中,改變電阻箱的阻值R,可讀出靈敏電流表相應(yīng)的讀數(shù)I,得到多組對(duì)應(yīng)R、I數(shù)據(jù),并畫(huà)出1I-R圖像。在1I-R圖像中,圖線的斜率k=1E,所以E=1k。 解析　(1)測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,要求在小電流下快速測(cè)量,控制電流較小,故電流表選0~0.6 A的;干電池的內(nèi)阻較小,滑動(dòng)變阻器的總電阻過(guò)大調(diào)節(jié)不方便,故滑動(dòng)變阻器選0~20 Ω的。 (

6、2)見(jiàn)答案 (3)見(jiàn)答案 (4)U-I圖線的縱截距表示電池的電動(dòng)勢(shì),則E=1.45 V。圖線斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)電阻,則r=|ΔU|ΔI=1.45-1.10.42 Ω=0.38 Ω。 4.(2018石景山一模)現(xiàn)要測(cè)量一電池的內(nèi)阻r和一待測(cè)電阻的阻值Rx。已知電池的電動(dòng)勢(shì)約6 V,電池內(nèi)阻和待測(cè)電阻阻值都為數(shù)十歐?？蛇x用的實(shí)驗(yàn)器材有: 電流表A1(量程0~30 mA); 電流表A2(量程0~100 mA); 電壓表V(量程0~6 V); 滑動(dòng)變阻器R1(阻值0~5 Ω); 滑動(dòng)變阻器R2(阻值0~300 Ω); 開(kāi)關(guān)S一個(gè),導(dǎo)線若干。 某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下: Ⅰ.設(shè)計(jì)如圖1

7、所示的電路圖,正確連接電路。 圖1 Ⅱ.將滑動(dòng)變阻器R的阻值調(diào)到最大,閉合開(kāi)關(guān),逐次調(diào)小R的阻值,測(cè)出多組U和I的值,并記錄。以U為縱軸,I為橫軸,得到如圖2所示的圖線。 圖2 Ⅲ.斷開(kāi)開(kāi)關(guān),將Rx改接在B、C之間,A與B直接相連,其他部分保持不變。重復(fù)步驟Ⅱ,得到另一條U-I圖線,圖線與橫軸I的交點(diǎn)坐標(biāo)為(I0,0),與縱軸U的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0,U0)。 回答下列問(wèn)題: (1)電流表應(yīng)選用　　　　　,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用　　　　;? (2)由圖2的圖線,得電源內(nèi)阻r=　　　　 Ω;? (3)用I0、U0和r表示待測(cè)電阻的關(guān)系式Rx=　　　　,代入數(shù)值可得Rx;? (4)若

8、電表為理想電表,Rx分別接在B、C之間與接在A、B之間,滑動(dòng)變阻器滑片都從最大阻值位置調(diào)到某同一位置,兩種情況相比,電流表示數(shù)變化范圍　　　　,電壓表示數(shù)變化范圍　　　　。(選填“相同”或“不同”)? 答案　(1)A2　R2　(2)25　(3)U0I0-r　(4)相同　不同 解析　(1)由電池的電動(dòng)勢(shì)約為6 V,電池內(nèi)阻和待測(cè)電阻阻值均為數(shù)十歐,可知電流表應(yīng)選A2,滑動(dòng)變阻器要起限流作用,故選R2。 (2)U-I圖像的斜率絕對(duì)值等于r,由圖可得r=25 Ω。 (3)電路改接后,U-I圖線斜率的絕對(duì)值等于r+Rx,故有Rx=U0I0-r。 (4)Rx分別接在B、C之間與接在A、B之間,

9、電壓表測(cè)量的電壓是不同的,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,電壓表示數(shù)變化范圍也不同,但電流表始終與電阻是串聯(lián)關(guān)系,故電流表示數(shù)變化范圍相同。 B組　綜合提能 1.(2018豐臺(tái)一模)用圖甲所示的電路,測(cè)定一節(jié)舊干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。除電池、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線外,可供使用的實(shí)驗(yàn)器材還有: 甲 雙量程電流表:(量程0~0.6 A,0~3 A); 雙量程電壓表:(量程0~3 V,0~15 V); 滑動(dòng)變阻器:R1(阻值范圍0~20 Ω,額定電流2 A) R2(阻值范圍0~1 000 Ω,額定電流1 A) (1)為了調(diào)節(jié)方便,測(cè)量精度更高,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用電流表的量程為　　　　A,電壓表的量程為　　　　V,應(yīng)

10、選用滑動(dòng)變阻器　　　　(填寫(xiě)滑動(dòng)變阻器符號(hào))。? (2)根據(jù)圖甲正確連接圖乙中的實(shí)物電路,注意閉合開(kāi)關(guān)時(shí)滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)處于正確的位置并選擇正確的電表量程進(jìn)行連線。 乙 (3)通過(guò)多次測(cè)量并記錄對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)I和電壓表示數(shù)U,利用這些數(shù)據(jù)在圖丙中畫(huà)出了U-I圖線。由圖線可以得出此干電池的電動(dòng)勢(shì)E=　　　 V,內(nèi)阻r =　　　Ω。? 丙 (4)引起該實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差的主要原因是　　　。? A.電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比電源實(shí)際輸出的電流小 B.電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比電源實(shí)際輸出的電流大 C.電流表的分壓作用造成電壓表讀數(shù)總是比路端電壓小 D.

11、電流表的分壓作用造成電壓表讀數(shù)總是比路端電壓大 (5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的I、U 數(shù)據(jù),若令y=IU,x=I,則由計(jì)算機(jī)擬合得出的y-x 圖線應(yīng)是圖丁中的　　　　(選填“a”“b”或“c”),其余兩條圖線分別是令y=IE和y=I2r得出的。根據(jù)前面測(cè)量得到的電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的值,推測(cè)圖丁中A點(diǎn)的x、y坐標(biāo)分別為　　　　A、　　　　W(保留2位有效數(shù)字)。? 丁 答案　(1) 0~0.6　0~3　R1　 (2)如圖所示 (3)1.45　1.3　 (4)A　 (5)c　1.1　1.6 解析　(1)1節(jié)舊干電池的電動(dòng)勢(shì)約1.5 V,電壓表用0~3 V量程更精確。由圖丙可知電流表通過(guò)

12、電流的最大值為0.5 A左右,選用電流表的0~0.6 A量程更精確。干電池內(nèi)阻1~ 2 Ω,選R1能較好地控制電路中電流變化,而R2阻值太大,不方便控制電路。 (2)見(jiàn)答案 (3)由U=E-rI知U-I圖線的縱截距為E,即E=1.45 V,斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻,r=|ΔU|ΔI=1.45-0.800.50 Ω=1.3 Ω。 (4)電源實(shí)際輸出電流等于通過(guò)電壓表的電流加上通過(guò)電流表的電流,即電流表讀數(shù)比電源輸出電流小,因此選A。 (5)y=IU=P外=EI-I2r=Ex-rx2,即y-x圖線是開(kāi)口向下的拋物線,因此選填c。若y=IE,則y=Ex,即a圖線。 b是y=I2r圖線,即y=I2

13、r=rx2,為開(kāi)口向上的拋物線的一半。a、b圖線交點(diǎn)滿足EI=I2r,I=Er=x=1.451.3 A=1.1 A,y=EI=1.45×1.1 W=1.6 W。 2.某研究性學(xué)習(xí)小組利用伏安法測(cè)定某一電池組的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,實(shí)驗(yàn)原理如圖甲所示,其中,虛線框內(nèi)為用靈敏電流計(jì)改裝的電流表,為標(biāo)準(zhǔn)電壓表,E為待測(cè)電池組,S為開(kāi)關(guān),R為滑動(dòng)變阻器,R0是標(biāo)稱值為4.0 Ω的定值電阻。 (1)已知靈敏電流計(jì)的滿偏電流Ig=100 μA、內(nèi)阻rg=2.0 kΩ,若要使改裝后的電流表滿偏電流為200 mA,應(yīng)并聯(lián)一只　　　　Ω(保留一位小數(shù))的定值電阻R1;? (2)根據(jù)圖甲,用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線將圖乙連接

14、成完整電路; (3)某次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如下表所示: 測(cè)量次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 電壓表讀數(shù)U/V 5.26 5.16 5.04 4.94 4.83 4.71 4.59 4.46 改裝表讀數(shù)I/mA 20 40 60 80 100 120 140 160 　　該小組借鑒“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中計(jì)算加速度的方法(逐差法),計(jì)算出電池組的內(nèi)阻r=　　　　Ω(保留兩位小數(shù));為減小偶然誤差,逐差法在數(shù)據(jù)處理方面體現(xiàn)出的主要優(yōu)點(diǎn)是　。? (4)該小組在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,為探究圖甲電路中各元器件的實(shí)際阻值對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,用一已

15、知電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的標(biāo)準(zhǔn)電池組,通過(guò)上述方法多次測(cè)量后發(fā)現(xiàn):電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值與已知值幾乎相同,但內(nèi)阻的測(cè)量值總是偏大。若測(cè)量過(guò)程無(wú)誤,則內(nèi)阻測(cè)量值總是偏大的原因是　　　　。(填選項(xiàng)前的字母)? A.電壓表內(nèi)阻的影響 B.滑動(dòng)變阻器的最大阻值偏小 C.R1的實(shí)際阻值比計(jì)算值偏小 D.R0的實(shí)際阻值比標(biāo)稱值偏大 答案　(1)1.0　 (2)如圖所示　 (3)1.66　充分利用已測(cè)得的數(shù)據(jù)　 (4)CD 解析　(1)Igrg=(I-Ig)R1,解得R1=1.0 Ω。 (2)參見(jiàn)答案。 (3)r'=ΔUΔI,r1'=U5-U1I5-I1,r2'=U6-U2I6-I2,r3'=U7-U3I7-I3 r4'=U8-U4I8-I4,I5-I1=I6-I2=I7-I3=I8-I4=80 mA r=r'-R0=r1'+r2'+r3'+r4'4-R0= U5+U6+U7+U8-U1-U2-U3-U44×0.08A-4 Ω=1.66 Ω (4)電壓表內(nèi)阻的影響會(huì)造成E和r的測(cè)量值均偏小,滑動(dòng)變阻器對(duì)測(cè)量沒(méi)有影響,R1的值偏小,表測(cè)量值偏小,r'測(cè)量值偏大,r=r'-R0,R0偏小,r偏大。 11