高考物理一轮复习课时作业39实验：测定电源的电动势和内阻（含解析）

实验：测定电源的电动势和内阻

1．(2018·吉林二模)如图为测定电源电动势和内电阻的几个实验电路，回答下列问题．

(1)由于电压表内阻不是无穷大，电流表内阻也不是零，这些都会对实验结果造成影响．

①四个电路图中，________(选填甲、乙、丙、丁)电动势和内电阻测量值都偏小．

②四个电路图中，________(选填甲、乙、丙、丁)电动势的测量值无系统误差．

(2)若甲图中电流表可视为理想电表，采用图像法处理测量数据．若纵坐标为电阻箱的读数R，则横坐标为________(选填I或)此时描点连线所得才为一条直线．该直线的斜率表示________(用物理量符号表示)；直线与纵轴截距绝对值表示________(用物理量符号表示)

答案　(1)①乙丁　②甲丙　(3)　E　r

解析　(1)甲和丙图中误差均来自于电流表内阻，所以测出的内电阻偏大；而当外电阻断路时，电流表的分压作用可忽略，则测出的电动势是准确的；

乙和丁电路图中，误差来自于电压表的分流作用而使电流表示数偏小，所以误差来自电压表的分流；当外电路断开时测量值应为将电压表并联在电源两端后电压表两端的电压，所以测量出的电动势偏小，而内电阻应视为电压表与内阻并联后的电阻，所以测量内电阻偏小；

(2)甲图中，根据闭合电路欧姆定律可知：I＝，变形可得：R＝E－r；所以横坐标应用，得出的图像才能为直线；根据图像的性质可知，图像的斜率表示电动势E；直线与纵轴截距绝对值表示内阻r.

2．(2018·聊城一模)某同学想测定某节干电池的电动势和内阻．

(1)他先用多用电表粗测了干电池的电动势．图甲是测量时选择开关与表头指针所处的位置，则该电池的电动势为________V，实验结束后，应将选择开关拨到图中的________挡位(选填A、B、C或D)．

(2)他再用乙图所示电路较精确测定该干电池的电动势和内阻，有待测电池、电流表(量程0～0.6 A，内阻约0.1 Ω)、电压表(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)、滑动变阻器(阻值0～100 Ω)、开关各一个、导线若干．为了防止实验测量时数据过密(即要求电压变化范围相对大一些)另外还配有一个阻值为1 Ω的定值电阻R0.

①请按照图乙设计的电路图用笔画线将图丙实物电路图补充完整．

②该同学按照要求连接好电路并进行实验，根据实验数据绘出了图丁所示的U­I图像，则电源的电动势E＝1.50 V，电源内阻r＝________ Ω.(结果保留到小数点后一位)

③在上述实验过程中存在系统误差．在图戊所绘图像中，虚线代表没有误差情况下，电压表两端电压的真实值与通过电源电流真实值关系的图像，实线是根据测量数据绘出的图像，则图戊中能正确表示二者关系的是________．

答案　(1)1.46　C　(2)①实物电路图如图所示　②0.6　③A

解析　(1)由图甲所示可知，电压表量程为2.5 V，分度值为0.05 V，示数为：1.46 V；多用电表使用完毕要把选择开关置于交流电压最高挡，即应置于C处．

(2)①根据图示电路图连接实物电路图，实物电路图如答案图所示：

②由图示电源U­I图像可知，电源内阻：r＝||－R0＝ Ω－1 Ω＝0.6 Ω；

③本实验采用相对电源的电流表外接法，由于电压表不是理想电表，故存在分流现象，导致电流表示数偏小；而当外电路短路时，电压表的分流可以忽略，故真实图像和测量图像在横轴上的交点相同，故A项正确，B、C、D三项错误，故选A项．

3．(2018·湛江二模)测定一组干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：

A．待测的干电池 B．电流表A1(内阻可忽略不计)

C．电流表A2(内阻可忽略不计) D．定值电阻R0(阻值1 000 Ω)

E．滑动变阻器R(阻值0～20 Ω) F．开关和导线若干

某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图甲所示的电路完成实验．

(1)在实验操作过程中，该同学将滑动变阻器的滑片P向左滑动，则电流表A1的示数将________(选填“变大”或“变小”)．

(2)该同学利用测出的实验数据绘出的I1­I2图线(I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数，且I2的数值远远大于Il的数值)，如图乙所示，则由图线可得被测电池的电动势E＝________V，内阻r＝________ Ω.(计算结果取两位有效数字)

(3)若将图线的纵坐标改为________，则图线与纵坐标的交点的物理含义即为电动势的大小．

答案　(1)变大　(2)3.0　1.0　(3)I1R0

解析　(1)由图示电路图可知，滑片P向左滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值增大，总电阻增大，总电流减小，内压减小，路端电压增大，R0中的电流增大，电流表A1的示数将变大；

(2)由闭合电路欧姆定律可得：E＝I1R0＋I2r，I1＝－I2＋，

图像斜率的绝对值为：k＝＝＝0.001

截距为：b＝＝0.003 A，

解得电源电动势为：E＝bR0＝0.003×1 000 V＝3.0 V；

内阻为：r＝kR0＝0.001×1 000 Ω ＝1.0 Ω；

(3)由以上分析可知，若图像纵坐标改为路端电压，即I1R0，则图像与纵坐标的交点为电源的电动势．

4．(2018·衡阳三模)电动自行车的电瓶用久以后性能会下降，表现之一为电池的电动势变小，内阻变大．某兴趣小组将一辆旧电动自行车充满电，取下四块电池，分别标为A、B、C、D，测量它们的电动势和内阻．

(1)用多用表直流电压50 V挡测量每块电池的电动势．测量电池A时．多用电表的指针如图甲所示，其读数为________V.

(2)用图乙所示电路测量A、B、C、D四块电池的电动势E和内阻r，图中R0为保护电阻，其阻值为4 Ω.改变电阻箱的阻值R.测出对应的电流I，根据测量数据分别作出A、B、C、D四块电池的­R图线，如图丙，由图线C可知电池C的电动势E＝________V；内阻r＝________ Ω，其内阻测量值________真实值．(填“大于”“小于”或“等于”)

(3)分析图丙可知，电池________(选填“A”“B”“C”或“D”)较优．

答案　(1)11.0　(2)12.0(12.0～12.7间均计分)　2.00(1.90～2.30均计分)　大于　(3)C

解析　(1)用多用表直流电压50 V挡测量每块电池的电动势，可以从表盘中的中间刻度读出正确结果，由指针指示可知：E＝11.0 V.

故答案为：11.0.

(2)根据闭合电路欧姆定律有：E＝I(R＋r)＋IR0，因此有：＝R＋，由此可知，图像的斜率表示，纵轴截距为.

由图像可知：k＝＝＝，＝0.5，

由此解得：E＝12.0 V．r＝2.00 Ω.

因实验中由于电流表内阻的影响，故使电源内电阻的测量值偏大；

(3)电动势大的内阻小的电源最优，由图像可知C图像代表的电源电动势最大，内阻最小，因此最优．

5．(2018·烟台一模)某实验小组要测量某一迭层电池的电动势(约为9 V)和内电阻(小于1 Ω)．可供选择的器材如下：

A．迭层电池的电动势(约为9 V，内电阻小于1 Ω)

B．电流表A(量程3 A)

C．电压表V(量程为4 V，内阻约为6 kΩ)

D．电阻箱R1(0～99 999.9 Ω，额定功率小于10 W)

E．电阻箱R2(0～9 999.9 Ω，额定功率小于10 W)

F．定值电阻R0(阻值为1.0 Ω)

G．滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)

H．开关S、导线若干

(1)小组同学根据上面提供的实验器材，需要把量程为4 V的电压表接一固定的电阻(用电阻箱代替)，改装成量程为12 V的电压表，改装电压表量程的实验电路如图甲所示，则电阻箱应选________(填写器材前面的字母标号)．

(2)在(1)中为了使电阻箱取得合适阻值，小组同学按照下列步骤进行操作：

①把滑动变阻器滑片移到最右端，将电阻箱阻值调到0

②闭合开关S，把滑动变阻器滑片P滑到适当位置，使电压表读数为3 V

③然后保持滑片P不动，调节电阻箱阻值为适当值，使电压表读数为________V

④保持电压表和电阻箱串联，撤去其他线路，即得量程为12 V的电压表．

(3)小组同学用上述扩大量程后的电压表(表盘没变)，利用如图乙所示实验电路来测量迭层电池的电动势和内电阻．改变滑动变阻器R的阻值，得到多组电压表示数U和对应的电流表示数I，并作出U­I图像如图丙所示，根据图像可求出此电池的电动势为________V，内电阻为________ Ω.

答案　(1)D　(2)1　(3)8.7　0.68

解析　(1)把量程为4 V的电压表改装为量程为12 V的电压表，量程扩大了3倍，串联分压电阻的分压是电压表两端电压的2倍，由串联电路特点可知，串联分压电阻阻值应是电压表内阻的两倍，由于电压表内阻约为6 kΩ，则串联电阻的阻值约为12 kΩ，则电阻箱应选择D：R1；

(2)由实验步骤可知，电压表示数为3 V，滑动变阻器滑片位置不变，由图甲所示电路可知，分压电路两端电压不变，

调节电阻箱阻值，当电压表示数为1 V时电阻箱两端电压是2 V，此时电阻箱阻值是电压表内阻的两倍，

电压表与电阻箱串联改装后的电压表量程是12 V；

(3)由图丙所示图像可知，外电路断路时，电压表的电压为U＝2.9 V，则电源的电动势：E＝3×2.9＝8.7 V，

图像斜率绝对值：k＝R0＋r＝||＝ Ω＝1.68 Ω，电源内阻：r＝k－R0＝1.68 Ω－1.0 Ω＝0.68 Ω.

6．(2018·济宁二模)为测量一未知电源的电动势和内阻，某同学设计了如图甲所示电路，电路中所用到的器材规格如下

待测电源：电动势约为5 V，内阻约为几十欧姆

定值电阻：R0＝10 Ω

定值电阻R1：有两种规格可供选择，阻值分别为1 kΩ和3 kΩ

电阻箱R2：0～9 999 Ω

电压表：量程0～3 V，内阻RV＝3 kΩ

开关、导线若干

(1)为了减小测量误差，定值电阻R1应该选用的规格为________；

(2)根据电路图连接电路，闭合开关后，将电阻箱的阻值由零开始逐渐调大，记录下若干组电阻箱R2和电压表的读数；

(3)该同学将得到的数据在­坐标系中描点连线，得到如图乙所示直线，直线与纵轴的截距为b＝0.4，斜率k＝8.0，则可求得电动势E＝________V，内阻r＝________ Ω.(结果均保留2位有效数字)

答案　(1)3 kΩ　(2)5.0　20

解析　(1)根据改装原理可知，改装后电压表量程应超过5 V，所以应选用3 kΩ的规格；

(2)因路端电压U′＝×(3＋3)＝2U；

则由闭合电路欧姆定律可知，2U＝(R2＋R0)；变形可得：＝2×＋×

由图像规律可知，＝0.4；

＝8.0

解得；E＝5.0 V，r＝20 Ω

7．(2018·武汉模拟)某同学利用如图(a)所示电路研究玩具电动机的能量转化，实验中使用的器材为：玩具电动机、滑动变阻器、电压表V1、电压表V2、电流表A、电源E、开关S、导线若干．

(1)按图(a)所示的电路原理图将图(b)中实物图连线补充完整．

(2)将滑动变阻器阻值调到最大，闭合开关S，调节滑动变阻器，某时刻某电压表的示数如图(c)所示，该电压表的读数为________V.

(3)当滑动变阻器R的触头从一端滑到另一端的过程中，依次记录电流表的示数I和电压表V1、电压表V2的示数U1、U2，并在同一坐标纸上描绘出U­I图线，如图(d)所示，其中AB、CD为直线，DB为曲线．

(4)根据图线求得电源电动势E＝________V，内阻r＝________ Ω，玩具电动机的内阻rM＝________ Ω，工作点B对应的功率P出＝________W(结果均保留3位有效数字)．

答案　(1)如图所示　(2)2.20　(4)3.00　5.00　4.00　0.134

解析　(1)按照电路图连接，如答案图所示．

(2)电压表的最小刻度为0.1 V．估读到最小刻度的下一位，故读数为2.20 V

(4)由图像可知，AB段反映的是路端电压与干路电流的关系，故线段与纵轴的交点为电源的电动势，即为：E＝3.00 V；

图像的斜率的绝对值等于内阻，即：r＝5.00 Ω；

CDB段是电动机上的电压和电流的关系，而CD段是直线，即电动机没有转动，可视为纯电阻电路，所以其内阻为：rM＝4.00 Ω.

根据两图像交点B可知，加在玩具电动机上的电压是1.60 V，电流是0.280 A

故工作点B对应的输出功率为：P出＝1.60×0.280 W－0.2802×4.00 W＝0.134 W.