2021高考物理二轮复习 第八章 微专题61 实验：测量电源电动势与内阻

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1．(2020·湖北荆州市质检)利用如图1甲所示电路，可以测量电源电动势和内阻，所用的实验器材有：
图1
待测电源(电动势不大于6 V，内阻不大于1 Ω)，电阻箱R(最大阻值999.9 Ω)，表头G(量程为200 μA，内阻为900 Ω)，定值电阻R0、R1，开关S，导线若干．
实验步骤如下：
(1)先利用R0将表头G改装成2 mA的电流表，再将2 mA的电流表改装成量程为6 V的电压表，则两定值电阻的阻值分别为：R0＝________Ω，R1＝________Ω；
(2)将电阻箱阻值调到________(选填“最大“或“最小”), 再闭合开关S；
(3)多次调节电阻箱，记下表头G的示数I和电阻箱相应的阻值R；
(4)以eq \f(1,I)为纵坐标，eq \f(1,R)为横坐标，作出eq \f(1,I)－eq \f(1,R)图线如图乙 所示；
(5)根据eq \f(1,I)－eq \f(1,R)图线求得电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω(此两空结果均保留到小数点后一位)；
(6)步骤(5)的近似处理会导致测量的电动势________，内阻________(此两空均选填“偏小”偏大”或“不变”)．
2．(2019安徽“江南十校”综合素质检测)一个标有“3 V，1.5 W”小灯泡的伏安特性曲线如图2(a)所示．小明同学有两节干电池，其中一节新电池的电动势为1.5 V，内阻为1.5 Ω；另一节为旧电池，使用多用电表粗略测出该旧电池的电动势约为1.4 V，查阅资料得知旧电池的内阻为10 Ω以上．
图2
(1)现用新电池直接给该小灯泡供电，小灯泡发光昏暗，则小灯泡实际功率为________W(结果保留两位有效数字)．
(2)该同学尝试用这两节干电池串联在一起为该小灯泡供电，在接入电路前，先测定该电池组的电动势和内阻，实验室备有下列器材：
A．电流表G(满偏电流2 mA，内阻10 Ω)
B．电流表A(0～0.6 A，内阻约0.1 Ω)
C．滑动变阻器R1(0～5 Ω，10 A)
D．滑动变阻器R2(0～50 Ω，1 A)
F．定值电阻R3＝1 990 Ω
G．开关、导线若干
①为方便且能较准确地进行测量，选用滑动变阻器________(填写器材前面的序号)．
②利用实验室备有的实验器材在虚线框中画出测量电池组电动势和内电阻的电路图．
③该同学根据他设计的实验测出了多组I1(电流表A的示数)和I2(电流表G的示数)，并作出了如图(b)所示的I1和I2的关系图线．根据图线可得，被测电池组的电动势为________V，内阻为________Ω(结果保留三位有效数字)．
④根据电池组的电动势和内阻判断用新、旧干电池各一节串联在一起为该小灯泡供电比一节新干电池单独使用时亮度________(选填“亮”或“暗”)．
3．(2019·湖南娄底市下学期第二次模拟)某同学测定电源电动势和内阻，所使用的器材有：待测干电池一节(内阻很小)、电流表A(量程0.6 A，内阻RA小于1 Ω)、电流表A1(量程0.6 A，内阻未知)、电阻箱R1(0～99.99 Ω)、滑动变阻器R2(0～10 Ω)、单刀双掷开关S、单刀单掷开关K各一个，导线若干．
图3
(1)该同学按图3甲所示电路连接进行实验操作．请在图丙虚线框内补全与图甲对应的电路图．
(2)测电流表A的内阻：
闭合开关K，将开关S与C接通，通过调节电阻箱R1和滑动变阻器R2，读取电流表A的示数为0.20 A、电流表A1的示数为0.60 A、电阻箱R1的示数为0.10 Ω，则电流表A的内阻RA＝________Ω.
(3)测电源的电动势和内阻：
断开开关K，调节电阻箱R1，将开关S接________(选填“C”或“D”)，记录电阻箱R1的阻值和电流表A的示数；断开开关K，开关S所接位置不变，多次调节电阻箱R1重新实验，并记录多组电阻箱R1的阻值R和电流表A的示数I.
(4)数据处理：
图乙是由实验数据绘出的eq \f(1,I)－R图像，由此求出干电池的电动势E＝________V、内阻r＝________Ω(计算结果保留两位有效数字)．
(5)如果电流表A的电阻未知，本实验________(选填“能”或“不能”)测出该电源的电动势．
答案精析
1．(1)100 2 910 (2)最大 (5)6.0 0.2 (6)偏小 偏小
解析 (1)表头与电阻R0并联，两端电压相等，表头内阻为RA＝900 Ω，量程为200 μA，则通过电阻R0的电流为通过电流表的9倍，则电阻R0的阻值为电流表内阻的eq \f(1,9)，即为100 Ω.
电流表示数为0.2 mA时，流过R1的电流为2 mA，电流表的电压为0.2×10－3×900 V＝0.18 V, R1的电压为6 V－0.18 V＝5.82 V，则R1＝eq \f(U,I)＝eq \f(5.82,2×10－3) Ω＝2 910 Ω；
(2)首先应将电阻箱阻值调到最大，以免电流太大，再闭合开关S；
(5)根据闭合电路欧姆定律：
E＝IRg＋10IR1＋eq \f(IRg＋10IR1,R)r，
eq \f(1,I)＝eq \f(Rg＋10R1,E)＋eq \f(Rg＋10R1r,E)×eq \f(1,R)
由题图乙可知：eq \f(Rg＋10R1,E)＝eq \f(900＋29 100,E)＝5×103，
可得E＝6.0 V；
eq \f(Rg＋10R1r,E)＝5×103r＝eq \f(15－5×103,10)，
可得r＝0.2 Ω；
(6)由于把流过电阻箱的电流视为干路电流，小于实际的干路电流，会导致测量的电动势偏小，内阻偏小．
2．(1)0.30～0.34 (2)①D
②③2.90～2.92 11.6～11.7 ④暗
3．(1)如图所示：
(2)0.20 (3)D (4)1.5 0.25 (5)能
解析 (2)根据串并联电路的规律可知，流过电阻箱R1的电流I＝(0.60－0.20) A＝0.40 A；
电压U＝0.10×0.40 V＝0.040 V，则电流表内阻为RA＝eq \f(0.040,0.20) Ω＝0.20 Ω；
(4)根据(3)中步骤和闭合电路欧姆定律可知
E＝I(R＋RA＋r)
可得：eq \f(1,I)＝eq \f(R,E)＋eq \f(RA＋r,E)
根据题图乙可知：eq \f(1,E)＝eq \f(3.0－1.0,4.0－1.0)，eq \f(RA＋r,E)＝0.3，
解得E＝1.5 V，r＝0.25 Ω；
(5)由eq \f(1,I)＝eq \f(R,E)＋eq \f(RA＋r,E)可知：当电流表A的内阻未知时，本实验能测出该电源的电动势，但不能测出内电阻．