2025版高考物理一轮总复习考点突破训练题第10章恒定电流实验12测定电源的电动势和内阻考点1教材原型实验

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【跟踪训练】
(实验原理、数据处理、电路图连接)实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有：
干电池一节(电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω)；
电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)；
电流表A(量程0.6 A，内阻约1 Ω)；
滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)；
定值电阻R1(阻值2 Ω)；
定值电阻R2(阻值5 Ω)；
开关一个，导线若干。
(1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U－I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是 B 。(单选，填正确答案标号)
A．电压表分流
B．干电池内阻较小
C．滑动变阻器最大阻值较小
D．电流表内阻较小
(2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如表所示。
请根据实验数据，回答以下问题：
①图丙上已标出后3组数据对应的坐标点，请在图丙上标出前4组数据对应的坐标点并画出U－I图像。
②根据实验数据可知，所选的定值电阻为R1 (填“R1”或“R2”)。
③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将图丁中的实物图连接成完整电路。
[答案] (2)①见解析图 ③见解析图
[解析] (1)电压表示数的变化范围小，原因是外电路的总电阻远大于电源内阻，电压表示数总是接近电源的电动势，B项正确。
(2)①根据数据描点并连成一条直线，如图(a)所示。
②由图像可知E＝1.58 V，U＝0时I＝0.59 A，
故r′＝eq \f(E,I)≈2.68 Ω，由于2 Ω又r′＝r＋R(r为电源内阻，R为定值电阻)，
故定值电阻只能是R1。
③先画出原理图，如图(b)所示，然后依据原理图将各仪器依次连接起来，如图(c)所示。
(实验操作、误差分析和电路选择)(2022·福建卷)在测量某电源电动势和内阻时，因为电压表和电流表的影响，不论使用何种接法，都会产生系统误差，为了消除电表内阻造成的系统误差，某实验兴趣小组设计了如图甲实验电路进行测量。已知R0＝2 Ω。
(1)按照图甲所示的电路图，将图乙中的器材实物连线补充完整。
(2)实验操作步骤如下：
①将滑动变阻器滑到最左端位置；
②接法Ⅰ：单刀双掷开关S与1接通，闭合开关S0，调节滑动变阻器R，记录下若干组数据U1－I1的值，断开开关S0；
③将滑动变阻器滑到最左端位置；
④接法Ⅱ：单刀双掷开关S与2接通，闭合开关S0，调节滑动变阻器R，记录下若干组数据U2－I2的值，断开开关S0；
⑤分别作出两种情况所对应的U1－I1和U2－I2图像。
(3)单刀双掷开关接1时，某次读取电表数据时，电压表指针如图丙所示，此时U1＝ 1.30 V。
(4)根据测得数据，作出U1－I1和U2－I2图像如图丁所示，根据图线求得电源电动势E＝ 1.80 V ，内阻r＝ 2.50 Ω 。(结果均保留两位小数)
(5)由图丁可知 接法Ⅱ (填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测得的电源内阻更接近真实值。
(6)综合考虑，若只能选择一种接法，应选择 接法Ⅱ (填“接法Ⅰ”或“接法Ⅱ”)测量更合适。
[解析] (1)根据图甲所示的电路图，实物连接如图所示。
(3)量程为3 V的电压表分度值为0.1 V，需要估读到分度值的下一位，由图丙可知电压表读数为U1＝1.30 V。
(4)当单刀双掷开关接1时，电流表示数为零时，电压表测量准确，故电动势为U1－I1的纵轴截距，则有E＝1.80 V
当单刀双掷开关接2时，电压表示数为零时，电流表测量准确，由U2－I2图像可知此时电路电流为0.40 A，根据闭合电路的欧姆定律可知I＝eq \f(E,R0＋r)
解得内阻为r＝eq \f(E,I)－R0＝eq \f(1.80,0.40) Ω－2 Ω＝2.50 Ω。
(5)由图丁可知U1－I1图像的斜率为
k1＝eq \f(1.80－0,0.36) Ω＝R0＋r1
解得r1＝3.00 Ω
由图丁可知U2－I2图像的斜率为
k2＝eq \f(1.70－0,0.40) Ω＝R0＋r2
解得r2＝2.25 Ω
可得eq \f(r1－r,r)＝eq \f(3.00－2.50,2.50)＝0.2>eq \f(r－r2,r)＝eq \f(2.50－2.25,2.50)＝0.1
故接法Ⅱ测得的电源内阻更接近真实值。
(6)由电路图可知接法Ⅰ的误差来源是电流表的分压，接法Ⅱ的误差来源是电压表的分流，由于电源内阻较小，远小于电压表内阻，结合(5)问分析可知，若只能选择一种接法，应选择接法Ⅱ更合适。
[答案] (1)见解析图
序号
1
2
3
4
5
6
7
I/A
0.08
0.14
0.20
0.26
0.32
0.36
0.40
U/V
1.35
1.20
1.05
0.88
0.73
0.71
0.52