备战2012届高考物理一轮复习揭秘系列讲义揭秘52_电源电动势和内阻的测量(人教版)

第1页共5页命题分析考查方式一电源电动势和内阻的测量【命题分析】测定电源电动势和内阻实验采用电流表和电压表测出外电路的几组电流和电压值，为了消除偶然误差，一般采用图像法处理实验数据。由闭合电路欧姆定律可知电源路端电压U=E—Ir，电源的伏安特性曲线应该是一直线，所以将图像中数据点连线时一定要画成直线，直线与纵轴（U轴）的交点纵坐标值等于电源电动势，图线斜率的绝对值等于电源内阻。高考对电源电动势和内阻的测量实验的考查难度中等。例1：（2011四川理综卷第22题（2））为测量一电源的电动势及内阻，①在下列三个电压表中选一个改装成量程为9V的电压表A.量程为1V、内阻大约为1kΩ的电压表B.量程为2V、内阻大约为2kΩ的电压表C.量程为3V、内阻大约为3kΩ的电压选择电压表串联kΩ的电阻可以改转成量程为9V的电压表②利用一个电阻箱、一只开关、若开关导线和改装好的电压表（此表用符号、或与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表），在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图。○3.根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50V时、电阻箱的阻值为15.0Ω；电压表示数为2.00V时、电阻箱的阻值为40.0Ω，则电源的电动势E=V、内阻r=_____Ω。【解析】：根据电压表改装原理，为使读数方便，需要选择电压表C串联一个6kΩ的电阻可以改装成量程为9V的电压表，读数只需乘以3即可。电压表示数为1.50V时，路端电压为U1=4.50V，电阻箱值为R1=15.0Ω；由闭合电路欧姆定律，E=U1+U1r/R1；电压表示数为2.00V时，路端电压为U2=6.00V，电阻箱的阻值为R2=40.0Ω，由闭合电路欧姆定律，E=U2+U2r/R2；联立解得E=7.5V，r=10Ω。【标准答案】（1）5D（2）○1或C6○2如图所示。○37.510【点评】由于电源电动势和内阻的测量与仪器选择、闭合电路欧姆定律、图象连线紧密，可以采用多种电路，变化多，成为高考考查的重点，难度中等。例2：（2011山东理综卷第23题（2））某同学利用图甲所示电路，探究了电源在不同负载下的输出功率。①所得实验数据如下图，请在给出的直角坐标系上(见答题卡)画出U-I的图像。U/V1.961.861.801.841.641.56I/A0.050.150.250.350.450.55第2页共5页②根据所画U-I的图像，可求得电流I=0.20A时电源的输出功率为____W。（保留两位有效数字）③实验完成后，该同学对实验方案进行了反思，认为按图甲电路进行实验操作的过程中存在安全隐患，并对电路重新设计。在图乙所示的电路中，你认为既能测出电源在不同负载下的输出功率，又能消除安全隐患的是。（Rx阻值未知）【解析】：电流I=0.20A时，电源输出电压为1.85V，电源的输出功率为P=UI=1.85×0.20W=0.37W。电路a当滑动变阻器滑动片滑动到最右端，电源短路，存在安全隐患；电路d电压表测量的电源路端电压，不能测出电源在不同负载下的输出功率，既能测出电源在不同负载下的输出功率，又能消除安全隐患的是电路bc。【答案】①如图所示；②0.37③bc【点评】此题考查探究电源的输出功率。根据电源的伏安特性曲线可得电源各个状态的输出功率。通过探究电源的输出功率可考查考生对电源伏安特性曲线的理解和电功率等知识的掌握，难度中等。例3（2010江苏卷第10题）在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用的电压表（视为理想电压表）的量程较小，某同学设计了如图所示的实物电路。（1）实验时，应先将电阻箱的电阻调到___.（选填“最大值”、“最小值”或“任意值”）（2）改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R0=10Ω的定值电阻两端的电压U，下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是____.（选填1或2）（3）根据实验数据描点，绘出的1RU图像是一条直线。若直线的斜率为k，在1U坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E=，内阻r=（用k、b和R0表示）第3页共5页【点评】本题考查测电源的电动势和内阻及图象的物理意义，根据图象求物理量，较难。例4.（2010上海物理第29题）某同学利用DIS，定值电阻R0、电阻箱R1等实验器材测量电池a的电动势和内阻，实验装置如图1所示，实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R，用电压传感器测得端电压U，并在计算机上显示出如图2所示的1/U—1/R关系图线a，重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻，得到图2中的图线b.（1）由图线a可知电池a的电动势Ea=______V，内阻ra=____Ω。（2）若用同一个电阻R先后与电池a及电池b连接，则两电池的输出功率Pa_______Pa（填“大于”、“等于”或“小于”），两电池的效率ηa_____ηb（填“大于”、“等于”或“小于”）。【解析】根据图1，把外电路的总电阻记为R(=R0+R1),利用闭合电路欧姆定律得E=U+URr，化为1U=rE1R+1E。由此可知1/U—1/R关系图线的斜率等于rE，在纵轴的截距等于1E。由图线a可知，0.5=1E，0.25=rE，解得电池a的电动势Ea=2V，内阻ra=0.5Ω。若用同一第4页共5页个电阻R先后与电池a及电池b连接，则两电池的输出电压的倒数1aU1bU，输出电压UaUb，，根据P=U2/R可知，两电池的输出功率Pa小于Pa。由1U=rE1R+1E可知图象在横轴的截距的绝对值等于电源内阻r绝对值的倒数，由图2中的图象a和b可知，电源a的内阻小于电源b的内阻。根据电池的效率η=PP出总=UIEI=UE=E-IrE=1-rRr=1-11Rr。所以电池a的效率大于电池b的效率。【答案】(1)20.5(2)小于大于【点评】此题以测电源的电动势和内阻实验为切入点，考查图象法处理数据、电池输出功率大小判断、电池斜率大小判断，难度较大。例5（2010广东卷第34题）某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻（R0=5Ω）一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图(a).(1)在图（b）的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接。(2)请完成下列主要实验步骤；A.检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图（c）所示，读得电阻值是____________；B.将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49V；C.将开关S2_______,电压表的示数是1.16V；断开开关S1。（3）使用测得的数据，计算出干电池的内阻是_______（计算结果保留二位有效数字）。（4）由于所有电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏_________(填“大”或“小”)。【解析】：闭合S2后电阻箱才接入电路工作；S1闭合、S2断开时，由于电压表内阻RV第5页共5页很大，可以认为：E=U1，S1、S2都闭合时：022RrUERU由上述二式联立解得干电池的内阻r=121UUR-R0=0.69Ω。误差分析：忽略电压表电阻的影响，有RUUURr2210测⑴考虑电压表电阻的影响，设电压表的电阻为RV，则有110VUEURRr真，220VVUEURRRrRR真两式化简得：12021VVVUUrRUURRRRR真⑵由⑴⑵两式解得：021210211VVVVrRUUUURRRRrRURRURR测真由于U1U2，所以00rRrR测真1,r测r真，即测量值偏小。【答案】(1)电路连接如右图所示。(2)A.20ΩC.闭合