2021年高考物理一轮复习考点28实验测定电源的电动势和内阻课件

实验：测定电源的电动势和内阻考点28题组一基础与经典题1．某实验小组要测量一节旧干电池的电动势和内阻，用到下列器材：灵敏电流计G(内阻为50Ω)；电压表V(0～3V，内阻约为10kΩ)；电阻箱R1(0～999.9Ω)；滑动变阻器R2；开关；导线若干。由于灵敏电流计的量程太小，该实验小组用电阻箱R1与灵敏电流计G并联，可使其量程扩大为原来的20倍，则改装后的电流表内阻为________Ω。扩大量程后灵敏电流计的刻度盘并没有改变，将器材连接成如图甲所示的电路，调节滑动变阻器，读出了多组电压表示数U和灵敏电流计的示数Ig，并作出了U­Ig图线如图乙所示，由作出的U­Ig图线及题中的相关信息，可求得干电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。2.51.407.5解析由题可知电阻箱R1与灵敏电流计G并联，可使其量程扩大为原来的20倍，因为改装前后电流计的满偏电压不变，由欧姆定律可得改装后的电流表的内阻为原来的120，即R′＝R20＝5020Ω＝2.5Ω。由闭合电路欧姆定律得：U＝E－20Ig(r＋R′)，由图示U­Ig图象可知，图象与纵轴交点的纵坐标值为1.40，所以干电池的电动势E＝1.40V，r＋R′＝|ΔU20ΔIg|＝1.40－0.800.003×20Ω＝10Ω，电源的内阻r＝10Ω－2.5Ω＝7.5Ω。解析2．用实验测一电池的电阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约为6V，电池的内阻和待测电阻的阻值都为数十欧。可选用的实验器材有：电流表A1(量程0～30mA)；电流表A2(量程0～100mA)；电压表V(量程0～6V)；滑动变阻器R1(阻值0～5Ω)；滑动变阻器R2(阻值0～300Ω)；开关S一个，导线若干条。某同学的实验过程如下：Ⅰ.设计如图甲所示的电路图，正确连接电路。Ⅱ.将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，I为横轴，得到如图乙所示的图线。Ⅲ.断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变。重复Ⅱ的步骤，得到另一条U­I图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0,0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)。回答下列问题：(1)电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。(2)由U­I图线，得电源内阻r＝________Ω。(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx＝________，代入数值可得Rx。(4)若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两种情况相比，电流表示数变化范围________，电压表示数变化范围________。(均选填“相同”或“不同”)A2R225U0I0－r相同不同解析(1)由题图乙U­I图线可知电流表量程应为0～100mA，故选A2。电路中滑动变阻器采用限流接法，路端电压最大值大于5.5V，而电源电动势E＝6V，故R外≫r，则滑动变阻器应选最大阻值较大的R2。(2)由题图乙得：r＝ΔUΔI＝25Ω。(3)Rx改接在B、C之间后，可视(Rx＋r)为新电源的内阻，故有Rx＋r＝U0I0，即Rx＝U0I0－r。解析(4)电路中的电流I＝ER＋r＋Rx，r＋Rx一定，R都从300Ω调到某同一阻值，电流的变化范围相同，即电流表示数的变化范围相同。Rx接在A、B间时，电压表所测电压U＝ER＋Rx＋r(R＋Rx)，Rx接在B、C间时，电压表所测电压U′＝ER＋Rx＋rR，故两种情况下电压表所测电压的变化范围不同。解析3．为了测量一节干电池的电动势和内阻，某实验小组设计了如图甲所示的电路，实验室准备了下列器材供选用：A．待测干电池一节B．直流电流表A1(量程0～0.6A，内阻约为0.01Ω)C．直流电流表A2(量程0～3A，内阻约为0.02Ω)D．直流电压表V1(量程0～3V，内阻约为5kΩ)E．直流电压表V2(量程0～15V，内阻约为25kΩ)F．滑动变阻器R1(阻值范围为0～15Ω，允许最大电流为1A)G．滑动变阻器R2(阻值范围为0～1000Ω，允许最大电流为2A)H．开关I．导线若干(1)实验中电压表应选用________；电流表应选用________；滑动变阻器应选用________。(填字母代号)DBF(2)实验小组在进行实验时，开始滑片P在最右端，但由于滑动变阻器某处发生断路，合上开关S后发现滑片P向左滑过一段距离x后电流表才有读数，于是该组同学分别作出了电压表读数U与x、电流表读数I与x的关系图，如图乙所示，则根据图象可知，电池的电动势为________V，内阻为________Ω。1.50.5解析(1)一节干电池的电动势约为1.5V，故电压表应选V1；由题图乙知电路中的电流较小，因此电流表应选A1；为方便实验操作，滑动变阻器应选最大阻值较小的R1。(2)根据两图对应的x值相等时的电压和电流可知当I1＝0.20A时，U1＝1.40V；当I2＝0.40A时，U2＝1.30V；代入U＝E－Ir，解得E＝1.5V，r＝0.5Ω。解析4.图a为某同学测量一节干电池的电动势和内阻的电路图。(1)虚线框内是用毫安表改装成电流表的电路。已知毫安表表头的内阻为10Ω，满偏电流为100mA，电阻R1＝2.5Ω，由此可知，改装后电流表的量程为________A。0.5(2)实验步骤如下，请完成相应的填空：①将滑动变阻器R的滑片移到________端(选填“A”或“B”)，闭合开关S；②多次调节滑动变阻器的滑片，记下电压表的示数U和毫安表的示数I；某次测量时毫安表的示数如图b所示，其读数为________mA；B68③以U为纵坐标，I为横坐标，作U­I图线，如图c所示；④根据图线求得电源的电动势E＝_______________________V，内阻r＝_______________________Ω。(结果均保留到小数点后两位)1.48(1.47～1.49之间均可)0.45(0.43～0.48之间均可)解析(1)根据电流表改装原理，改装后的量程I＝Ig＋I1＝Ig＋IgRgR1，代入数据得I＝0.5A。(2)①为保护电路，滑动变阻器为限流式接法时，闭合开关前，电阻应调至最大，故滑片应移到B端。②毫安表的最小刻度为2mA，故读数为68mA。④U­I图象纵轴的截距表示电源电动势，故由图c可知E＝1.48V(1.47～1.49V之间均可)，由于横轴与纵轴的交点纵坐标不为0，故不能用纵轴截距与横轴截距之比求内阻。电流表的电阻RA＝R1RgR1＋Rg＝2Ω，由E＝U＋5I·(r＋RA)，得r＋RA＝15ΔUΔI≈2.45Ω，则r＝0.45Ω(0.43～0.48Ω均可)。解析5．某同学利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻(约1.0Ω)。(1)现备有下列器材：A．待测的干电池一节B．电流表(量程0～150mA，内阻Rg＝3.0Ω)C．电压表(量程0～3V，内阻RV约1kΩ)D．滑动变阻器R0(0～20Ω，1.0A)E．电阻箱R(0～99.9Ω)F．开关和若干导线该同学发现上述器材中电流表的量程较小，他想利用现有的电流表和电阻箱改装成一块量程为0～0.6A的电流表，则电阻箱R的阻值应取________Ω，请在图甲的虚线框内画出利用上述器材测量干电池电动势和内阻的实验电路图。1.0答案图见解析(2)图乙为该同学根据合理电路所绘出的U­I图象(U、I分别为电压表和电流表的示数)。根据该图象可得被测电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。(结果均保留到小数点后两位)(3)对本实验的理解正确的是________。A．要减小实验误差，可以增大电源的等效内阻B．如果纵坐标从零开始，图线的分布空间将更大C．电压表的分流作用导致实验产生系统误差D．由于电压表读数变化不大，读数不准确导致实验的系统误差大1.490.88AC解析(1)利用现有的电流表和电阻箱改装成一块量程为0～0.6A的电流表，则需要并联的电阻箱R的阻值R＝IgRgI－Ig＝0.15×3.00.6－0.15Ω＝1Ω，电路图如图所示。解析(2)通过电流表的电流为I，则干路电流为4I，由闭合电路的欧姆定律U＝E－4Ir，代入两组数值(12.5×10－3,1.45)，(112.5×10－3,1.10)，得E≈1.49V，r≈0.88Ω。(3)要减小实验误差，可以增大电源等效内阻，这样在变化相同电流时电压表示数的变化较大，A正确；如果纵坐标从零开始，图线分布空间将较小，B错误；电压表的分流作用导致实验产生系统误差，C正确；由于电压表读数变化不大，读数不准确导致实验产生的偶然误差大，D错误。解析题组二高考真题6．(2016·北京高考)某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合。为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是()A．一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器B．一个伏特表和多个定值电阻C．一个安培表和一个电阻箱D．两个安培表和一个滑动变阻器答案解析A项，根据闭合回路欧姆定律可得E＝U＋Ir，可测量多组数据列式求解，A正确，不符合题意；B项，根据欧姆定律可得E＝UR(R＋r)，测量多组数据可求解，B正确，不符合题意；C项，根据欧姆定律可得E＝I(R＋r)，测得多组数据可求解，C正确，不符合题意；D项，两个安培表和一个滑动变阻器，由于不知道滑动变阻器的具体电阻，故无法测量，D错误，符合题意。解析7．(2018·江苏高考)一同学测量某干电池的电动势和内阻。(1)如图所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处____________；_________________。开关未断开电阻箱阻值为零(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的1I数据见下表：R/Ω8.07.06.05.04.0I/A0.150.170.190.220.261I/A－16.76.05.34.53.8根据表中数据，在答题卡的方格纸上作出R­1I关系图象，由图象可计算出该干电池的电动势为______________________V；内阻为________________________Ω。37(1.30～1.44都算正确)1.20(1.0～1.4都算正确)答案图象如图所示(3)为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱，当电流表的示数为0.33A时，电压表的指针位置如图所示，则该干电池的电动势应为________________________________V；内阻应为________________________________Ω。1.37(结果与(2)问第一个空格一致)1.00(结果比(2)问第二个空格小0.2)解析(1)连接电路时电源应与电路断开，所以开关要断开；另一错误是电阻箱接入电路的电阻是零，这样容易烧坏电流表和电源。(2)将数据描点连线，作出一条倾斜的直线。根据闭合电路欧姆定律E＝I(R＋r)得R＝E·1I－r，所以图线的斜率表示电源电动势，E＝8－－1.26.7－0V＝1.37V，截距绝对值表示电源内阻：r＝0.4×3.0Ω＝1.20Ω。(3)用电压表与电流表并联，可测得电流表的内阻RA＝UAIA＝66.0×10－333×10－2Ω＝0.20Ω，考虑电表内阻对实验的影响，则E＝I(R＋RA＋r)，得R＝E·1I－(RA＋r)，所以图线的斜率仍表示电动势，电动势的准确值为1.37V，图线的截距绝对值表示(RA＋r)，所以内阻精确值为r＝(1.20－0.20)Ω＝1.00Ω。解析8.(2017·天津高考)某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1＝1.0kΩ，电阻R1＝9.0kΩ，为了方便读数和作图，给电池串联一个R0＝3.0Ω的电阻。(1)按图示电路进行连接后，发现aa′、bb′和cc′三条导线中，混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条