2022届高考物理一轮复习电学实验专项训练（五）实验：测量电源电动势及内阻

2022届高考物理一轮复习电学实验专项训练（五）实验：测量电源电动势及内阻

1.某同学利用如图甲所示的电路测量电源的电动势E和内阻r，所用的实验器材有：一个电压表V、一个电阻箱R、一个的定值电阻，一个开关和导线若干。

（1）根据电路图，在图乙中用笔画线代替导线，将实物图连成完整电路；

（2）该同学为了用作图法来确定电源的电动势和内阻，以为纵轴、为横轴作出的图像如图丙所示，则该图像的函数表达式为：________________。（用含有的函数表达式表示）

（3）由图像可求得，该电源的电动势__________V，内阻________Ω。（结果均保留2位有效数字）

2.为了测定某电源的内阻，实验室提供了如下器材：

电阻箱、定值电阻、两个电流表和、电键、单刀双掷开关、待测电源、导线若干，现实验小组成员设计如图甲所示的电路图来完成实验。

（1）闭合电键，断开单刀双掷开关，调节电阻箱的阻值为，读出电流表的示数；将单刀双掷开关合向1，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为，此时电阻箱阻值为，则电流表的阻值______。（用本问所述字母表示）

（2）将单刀双掷开关合向2，多次调节电阻箱的阻值，记录每次调节后的电阻箱的阻值及电流表的示数，实验小组成员打算用图象分析与的关系，以电阻箱电阻为横轴，为了使图象是直线，则纵轴应取______。

A. B. C. D.

（3）若测得电流表的内阻为，定值电阻，根据②选取的轴，作出图象如图乙所示，则电源的内阻_______。

（4）若不考虑由于读数等操作产生的偶然误差，按照本实验方案测出的电源内阻值_______。（选填“偏大”、“偏小”或“等于真实值”）

3.某一充电宝的产品参数如图甲所示。假设充电宝就是跟蓄电池和干电池一样的可移动直流电源。某同学想测量该充电宝在充满电后的电动势和内电阻，他剥开充电宝连接线的外绝缘层，里面有四根导线，红导线为充电宝的正极，黑导线为负极，其余两根导线空置不用。实验室还提供了如下器材：

A.量程是3.0 A，内阻约为的电流表

B.量程是6 V，内阻约为的电压表

C.量程是15 V，内阻约为的电压表

D.阻值为0~，额定电流为0.5 A的滑动变阻器

E.阻值为0~，额定电流为3 A的滑动变阻器

F.阻值为的定值电阻

G.阻值为的定值电阻

H.开关一个，导线若干

（1）实验中滑动变阻器应选用________；电压表应选__________。（选填相应器材前的字母）

（2）根据所给器材，该同学设计了如图乙所示的电路，其中应选择___________，它在电路中的作用是_____________。

（3）该同学记录的8组数据，如下表所示，请在图丙所示的坐标纸上画出该充电宝的图线。由图线可知该充电宝的电动势_______V，内电阻_____Ω。（结果保留3位有效数字）

（4）如果用该充电宝给一款电池容量标明为的手机充电，下列说法正确的是________。

A.理论上手机电池充满电有2000 C的电荷量

B.理论上手机电池充满电有7200 C的电荷量

C.如果该手机使用时电流为100 mA，理论上充电宝满电可以保证手机使用20 h

4.某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻，考虑到水果电池组的内阻较大，为了提高实验的精度，需要测量电压表的内阻。实验室中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表，该同学便充分利用这块表，设计了如图所示的实验电路，既能实现对该电压表内阻的测量，又能利用该表完成水果电池组电动势和内阻的测量。该同学用到的实验器材有：待测水果电池组（电动势约、内阻约），双向电压表（量程为、内阻约为），电阻箱（），滑动变阻器（）一个单刀双掷开关及若干导线。

(1)该同学按如图1所示电路图连线后，首先测量了电压表的内阻。请完善测量电压表内阻的实验步骤：

①将的滑动触片滑至最左端，将开关拨向1位置，将电阻箱阻值调为0；②调节的滑动触片，使电压表示数达到满偏；③保持不变，调节，使电压表的示数达到，读出电阻箱的阻值，记为，则电压表的内阻________。

(2)若测得电压表内阻为，可分析此测量值应________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。

(3)接下来测量电源的电动势和内阻，实验步骤如下：

①将开关拨至_______(填“1”或“2”)位置，将的滑片移到最______端，不在移动；②调节电阻箱的阻值，使电压的示数达到一合适值，记录电压表的示数和电阻箱的阻值；③重复第二步，记录多组电压表的示数和对应的电阻箱的阻值。

(4)若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为，作出图像，如图2所示，其中纵轴截距为，斜率为，则电动势的表达式为________,内阻的表达式为________。

5.小明同学想要设计一个既能测量电源电动势和内阻，又能测量定值电阻阻值的电路。他用了以下的实验器材中的一部分，设计出了图(a)的电路图。

a．电流表(量程，内阻很小)；电流表(量程，内阻)

b．滑动变阻器

c．两个定值电阻，

d．待测电阻

e．待测电源(电动势约为，内阻约为)

f．开关和导线若干

(1)根据实验要求，与电流表串联的定值电阻为___________。(填“”或“”)

(2)小明先用该电路测量电源电动势和内阻，将滑动变阻器滑片移至最右端，闭合开关，调节滑动变阻器，分别记录电流表的读数，得与的关系如图(b)所示。根据图线可得电源电动势___________，电源内阻___________。(计算结果均保留两位有效数字)

(3)小明再用该电路测量定值电阻的阻值，进行了以下操作：

①闭合开关，调节滑动变阻器到适当阻值，记录此时电流表示数，电流表示数；

②断开开关，保持滑动变阻器阻值不变，记录此时电流表示数，电流表示数，后断开；

③根据上述数据可知计算定值电阻的表达式为___________。若忽略偶然误差，则用该方法测得的阻值与其真实值相比___________(填“偏大”、“偏小”或“相等”)。

6.某实验小组测量一节干电池的电动势和内阻，设计的电路如图1所示。实验室提供的器材有：一节干电池E（内阻约为2Ω，且通过的电流不得超过0．5A），电阻箱R（最大阻值为99．99Ω），电流表A（量程为300μA、内阻＝500Ω），阻值分别为2Ω、200Ω、5．5 kΩ、19．5kΩ的定值电阻各一个，开关一个，导线若干。

（1）R1应选用阻值为__________的定值电阻，R0应选用阻值为__________的定值电阻。

（2）闭合开关后，多次调节电阻箱的阻值，记录电阻箱接入电路的阻值R和对应电流表的值I。以为纵坐标，为横坐标，将测得的数值在坐标纸上描点，根据描出的点作出图线，如图2所示。根据图线求得干电池的电动势E＝__________V，内阻r＝__________Ω。（结果均保留3位有效数字）

7.某实验小组设计了如图甲所示的电路来测量一蓄电池的电动势和内阻，接入电路中的电阻箱只用“”倍率（单位Ω，如图乙所示）。闭合开关S，改变电阻箱接入电路的阻值，使旋钮沿顺时针方向旋转，分别指向1、2、3、4、5、6，读出6组对应的电压值。然后以（电压表读数的倒数）为纵轴、（电阻箱接入电路的阻值的倒数）为横轴建立坐标系，根据实验记录数据描点连线，得到如图丙所示的图象。

回答下列问题：

（1）该小组设计的电路中，接入定值电阻有何作用？________________________。

（2）用E和r分别表示蓄电池的电动势和内阻，则与的关系式为_____________。

（3）根据图丙求得蓄电池的电动势_______V，内阻________Ω。（用表示）

（4）该小组通过此电路测得的蓄电池的电动势的值与真实值相比_________（填“偏大”“偏小”或“不变”）

8.某同学想测量一电源的电动势E和内阻r。根据老师提供的以下器材,他设计了测量电路图,并根据电路图连接好了实验电路如图所示。

A.待测电源E

B.电流表G(量程3 mA,内阻)

C.电阻箱R()

D.定值电阻

E.定值电阻

F.开关S和导线若干

(1)请你根据他连接的实验电路,在矩形框内画出设计的电路图;

(2)实验时该同学闭合开关S,多次调节电阻箱R的阻值,读出电流表相应的示数I,并计算出电阻箱R两端的电压U如下表:

为了准确地得出实验结论,该同学利用图像来处理实验数据,如果他选择图像的纵轴表示电阻箱R两端电压的倒数,则图像的横轴表示的物理量应该是_______________________;

(3)该同学根据选定的横轴、纵轴及表中数据描点作图,得到一条直线,已知该直线的斜率(单位未写出),在纵轴上的截距,则可得到该电源的电动势_______V,电阻_______Ω。(结果保留三位有效数字)

9.实验小组要测定一个电源的电动势和内阻。已知待测电源的电动势约为，可用的实验器材有：

待测电源；

电压表（量程；内阻约为）；

电压表（量程；内阻约为）；

定值电阻（阻值）；

滑动变阻器（阻值）；

开关一个，导线若干。

(1)实验小组的某同学利用以上器材，设计了如图甲所示的电路，是电压表，分别是定值电阻或滑动变阻器，则应是_________（选填“”或“”）。

(2)按照电路将器材连接好，先将滑动变阻器调节到最大值，闭合开关，然后调节滑动变阻器的阻值，依次记录的示数。

(3)根据数据作出如图乙所示的关系图象，由图象得到电源的电动势_______，内阻_______。（均保留2位有效数字）

(4)由图象得到的电源的电动势值_________（选填“大于”“小于”或“等于”）实际值。

10.某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，两元件的电阻都在之内，选用下列实验器材进行实验，并利用实验数据描绘出两元件的伏安特性曲线。

A.电源E：电动势为3.0 V，内阻不计。

B.电压表：量程为0~15 V，内阻约为。

C.灵敏电流计G：量程为0~3 mA，内阻。

D.电流表：量程为0~3 A，内阻约为。

E电流表：量程为0~0.6 A，内阻约为。

F.滑动变阻器：最大阻值为。

G.滑动变阻器：最大阻值为。

H.开关、导线若干，已知阻值的定值电阻若干。

（1）实验中没有适用的电压表，若将灵敏电流计G改装成一个量程为0~3 V的电压表，改装时应_______联一个阻值为_________Ω的定值电阻；电流表应选用_______，滑动变阻器应选用_________（填选项前对应的字母）。

（2）请不要改动已连接导线，在图甲的实物图中把还需要连接的导线补上。

（3）图乙是根据实验数据作出的图线，由此可判断元件_________（填“X”或“Y”）是非线性元件。

（4）该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值的定值电阻及（1）中改装的电压表V，测量待测电源的电动势E和内阻r，电路图如图丙所示。闭合和，电压表恰好满偏；断开，电压表恰好半偏。经计算可得__________V，________Ω（结果均保留两位有效数字，电压表可视为理想电压表）。

答案以及解析

1.答案：（1）如图所示

（2）

（3）2.9；2.5

解析：（1）根据电路图将实物图连接，如图所示，注意不要交叉；

（2）由闭合电路欧姆定律可知，变形可得，故表达式为；（3）由数学知识可知，图像与纵坐标轴的交点的纵坐标为电源电动势的倒数，由题图可知，图像与纵坐标轴的交点的纵坐标为，解得，图像的斜率为，解得。

2.答案：(1)

(2)C

(3)

(4)等于真实值

解析：（1）由闭合电路欧姆定律可知，电路电流保持不变，电路总电阻不变，则电流表内阻等于两种情况下电阻箱阻值之差，即；

（2）根据题意，由图示电路图可知，电源电动势为

整理得

为得到直线图线，应作图象，故选C。

（3）由图像可得，

通过图像可知：，

联立解得，

（4）若不考虑由于读数等操作产生的偶然误差，由（2）（3）推导可知，电源内阻的测量值等于真实值。

3.答案：（1）E；B

（2）F；防止滑动变阻器调节过度导致短路，并保证测量

（3）图线如图所示

5.07；0.11

（4）B

解析：（1）滑动变阻器R用于改变电路中的电流，从安全和方便性原则考虑应选E；电压表应选B。

（2）作为保护电阻，除了防止滑动变阻器调节过度导致短路处，还要保证测量，因此应选F。

（3）由图像可知，充电宝的电动势为5.07 V，内电阻为。

（4）理论上电池充满电后的电荷量，如果该手机使用时电流为100 mA，理论上充电宝充满电可以保证手机使用，故选项B正确，AC错误。

4.答案：(1)

(2)大于

(3)①2；左

(4)；

解析：(1)由题图可知,当S拨向1位置,滑动变阻器在电路中为分压式接法,根据题意：调节的滑动触片,使电压表示数达到满偏U;保持不变,调节,使电压表的示数达到,此时电阻箱两端电压为,读出电阻箱的阻值为，

根据电压表的电流与电阻箱的电流相等可知,,则电压表的内阻；

(2)由闭合电路欧姆定律可知,调节变大使电压表达到半偏的过程中,总电阻值变大,干路总电流变小,由,得变大，

由电路知：,变阻器的滑动触片右侧电压变小,则变大,电压表示数为时,上的电压就会大于,那么的阻值就会大于电压表的阻值；

(3)①测电源的电动势和内阻,利用伏阻法,S拨到2,同时将的滑动触片移动最左侧；

利用求解E.r；

(4)由欧姆定律得：

变形得：

所以,得：

斜率,解得：。

5.答案：(1)

(2)3.0;2.1

(3);相等

解析：(1)电流表与串联，可改装为量程为的电压表，故选即可；

(2)由图可知电流表的读数对应的电压值即为电源的电动势，则；内阻

(3)由题意可知：，；联立解得；由以上分析可知，若考虑电流表内阻的影响，则表达式列成：，，最后求得的表达式不变，则用该方法测得的阻值与其真实值相比相等。

6.答案：（1)5.5kΩ,2Ω ;(2)1.47 (1.46也给分）;2.30

解析：（1)将与电流表串联，改装成一个电压表，由于一节干电池的电动势约为1.5 V,因此应选用 5.5 kΩ的定值电阻,改装成量程为的电压表即可; 为保护电阻，由于电源允许通过的电流不超过0. 5 A,即电路中的电阻不小于3Ω,因此保护电阻应选用2Ω的定值电阻。

 (2)由闭合电路欧姆定律得.

即.

由图象得图线的斜率.

纵轴的截距.

由

解得E=1.47 V(或 1.46 V)，r=2.30Ω。

7.答案：（1）使实验中电压表示数变化明显，同时又保护电路

（2）

（3）

（4）偏小

解析：（1）要使实验中电压表示数变化明显，同时又保护电路，电路中需接入适当阻值的定值电阻。

（2）根据闭合电路欧姆定律可知，变形可得。

（3）根据图丙有，解得。

（4）由于电压表的分流，通过此电路测得的蓄电池电动势的值比真实值小。

8.答案：(1)电路图见解题思路

(2)电阻箱的阻值R的倒数

(3)2.00；0.400

解析：(1)画出电路图如图所示。

(2)根据,得,则图像的横轴应表示电阻箱的阻值R的倒数。

(3)由及题给数据得,解得。

9.答案：(1)

(3)4.9;0.94(0.90～1.0)

(4)小于

解析：(1)由电路图可知，电压表测量总电压，电压表测量的电压，故为大量程的电压表，为小量程的电压表，根据部分电路欧姆定律可知为大量程的滑动变阻器，为小阻值的定值电阻。

(3)设电压表的示数为，电压表的示数为，由图示电路图可知，电源电动势，整理得，由图象可知，电源电动势，由图可知图线的斜率，又从的关系可知，则电源内阻。

(4)根据题意可知：，变形得，所以图象的纵截距，则电源电动势，所以根据图象得到的电源电动势值小于实际值。

10.答案：（1）串；200；E；F

（2）如图所示

（3）Y

（4）3.2；0.80

解析：（1）灵敏电流计改装成电压表应串联一个定值电阻，根据，得；因，即最大电流小于0.6 A，故电流表应选用E；描绘未知元件的伏安特性曲线，电压需要从零开始连续可调，应采用分压电路故滑动变阻器应选择阻值较小的F。（2）未知元件的电阻在以内，属于小电阻，应采用电流表外接法，实物电路如答图所示。（3）由图乙可知，X元件的伏安特性曲线是一条倾斜的直线，说明元件两端电压随电流线性变化，是线性元件，Y元件的伏安特性曲线是一条曲线，是非线性元件。（4）根据测量的数据和闭合电路欧姆定律有和，代入数据解得。