2024届高三物理二轮复习实验部分微专题复习-伏阻法测量电源电动势和内阻实验专题（含解析）

这是一份2024届高三物理二轮复习实验部分微专题复习-伏阻法测量电源电动势和内阻实验专题（含解析），共13页。试卷主要包含了实验题等内容，欢迎下载使用。

一、实验题
某同学用图1所示的甲、乙两种方法测量某电源的电动势和内电阻(约为1Ω)。其中R为电阻箱，电流表的内电阻约为0.1Ω，电压表的内电阻约为3kΩ。
(1)在利用图象分析甲、乙两种方法中由电表内电阻引起的实验误差时，在图2中，实线是根据实验数据(图甲：U=IR，图乙：I=U/R)描点作图得到的U−I图象；虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的U−I图象(电流表和电压表均为理想电表的情况)。在图2中，对应图甲电路分析的U−I图象是：______：对应图乙电路分析的U−I图象是：______。(填“A”、“B”、“C”或“D”)。
(2)综合上述分析，为了减小由电表内电阻引起的实验误差，本实验应选择图1中的______(填“甲”或“乙”)。
某物理兴趣小组利用图甲电路测量一电源的电动势E(约为3 V)和内阻r(约为0.5 Ω)，其中R为电阻箱，R0为定值电阻。
(1) 定值电阻R0的阻值应选用________(选填“2 Ω”或“2 kΩ”)。
(2) 多次改变电阻箱的阻值R，记录下对应的电压U，以1U为纵坐标、1R为横坐标，根据记录的数据作出1U−1R图线如图丙所示。若不考虑电压表对电路的影响，则该电源的电动势E=________V(结果保留三位有效数字)，内阻r=________Ω(结果保留两位有效数字)。
关于“测电源的电动势和内阻”实验，某研究性学习小组的同学用如图1所示的电路，测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内电阻r。实验室提供的器材如下：待测电池、电压表、电阻箱(阻值范围0∼999.9Ω)、开关、导线。
(1)请根据图1所示的电路图，在图2中画出连线，将器材连接成实验电路_________。
(2)开始做实验时，先把变阻箱阻值调到最大，再接通开关，然后逐次改变电阻箱接入电路的阻值R，读取与R对应的电压表的示数U，并将相应的数据转化为坐标点描绘在U‒UR图中。请将图3、图4中电阻箱和电压表所示的数据转化为坐标点描绘在图5所示的坐标系中(用“+”表示)，并画出U−UR图线_________。
(3)由U−UR图线可得该电池组的电动势E=___________V，内电阻r =___________Ω。(均保留3位有效数字)
(4)若利用电流表、电压表来测量一节新的干电池的电动势和内电阻，要求尽量减小实验误差，图6中甲、乙两种连接方案应该选择哪一种，并说明理由：___________。
某校开展“物理实验设计和操作活动”，要求测定某电阻Rx的阻值，以及一节干电池的电动势和内阻．
(1)为了较准确地测定Rx的电阻值、电池的电动势和内阻，张新同学设计了如甲图所示的电路；
(2)张新同学根据电路图连接实物图后，测定电阻Rx时的实验步骤如下：
①S2断开，闭合S3和S1，记录电压表示数U1，断开S1；
②断开S3，闭合S2和S1，调节R使电压表示数仍为U1，记录此时R的阻值为102Ω；则被测电阻Rx的电阻值为_________Ω
(3)断开S3，闭合S2和S1，通过多次改变R，记录R和对应情况下的电压表示数U，画出1U随1R变化的图像如乙图所示，直线与纵轴的交点坐标为b、斜率为k，则电源电动势为____，内阻为____.从实验原理来看，实验测量值与真实值相比较，电动势____，内阻___(后两空填“偏大”、“偏小”或“不变”)．
某实验小组的同学为了测量一新型电源的电动势和内阻，设计了如图所示的电路：
已知待测电源的电动势约为5 V、内阻约为60 Ω，零刻度在中央的双向电压表的量程为3 V、内阻约为2000 Ω，电阻箱调节范围为0～9999 Ω，滑动变阻器调节范围为0～200 Ω。
(1)该实验小组的同学首先测量了电压表的内阻，操作如下：
实验时，将滑动变阻器的滑片滑到M端，开关扳到a，电阻箱的示数为0；然后调节滑动变阻器的滑片直到电压表的指针指在最左端；保持滑片位置不变，调节电阻箱的旋钮直到电压表指针偏转到满偏的13为止，此时电阻箱阻值为R0，则该电压表的内阻为__________；电压表内阻的测量值__________(填“>”、“=”或“<”)真实值。
(2)随后该实验小组的同学利用如图所示的电路测量电源的电动势和内阻。他们将单刀双掷开关扳到__________(填“a”或“b”)，移动滑动变阻器的滑片到__________(填“M”或“N”)；保持滑片位置不变，反复调节电阻箱的旋钮，同时记录多组电阻箱的示数及对应的电压表示数；最后该实验小组的同学利用测量的实验数据，以1U为纵轴、1R为横轴，描绘出一条倾斜的直线，延长图线交于1U轴并读出截距为b，测得图线斜率为k，则该新型电源的电动势E=__________、内阻r=__________。(由于电压表的内阻较大，本实验中忽略通过电压表的电流)
小张同学根据所学的电路知识利用如图甲所示的电路来测定未知电阻Rx的阻值及电源电动势E和内阻r，其中R为电阻箱。
(1)小张用下列步骤测定未知电阻Rx的阻值，请你补全实验步骤。
①将电压表选择合适的量程，闭合开关S1，________(选填“闭合”或“断开”)开关S2，调节电阻箱R，使电压表示数尽可能大，记下电压表的示数U和电阻箱接入电路中的阻值R0。
②保持开关S1闭合，________选填“闭合”或“断开”)开关S2，增加电阻箱接入电路中的电阻，使电压表示数为U，记下电阻箱接入电路中的阻值R1。
③可以得出待测电阻Rx=________(用题中已知字母表示)。
(2)由(1)测出了Rx的阻值后，他把开关S1闭合，S2始终保持断开，改变电阻箱R接入电路中的电阻，得到多组数据，把这些数据描绘在1U−1R+Rx图象上，得到一直线如图乙所示，由图线可得电源电动势E=________V，电源内阻r=________Ω。(结果保留两位有效数字)
(3)若某同学设计如图丙所示电路来测定电源电动势和内阻，则图甲和图丙比较，哪个电路更合理？
说明理由：_________________________________________________
某同学有个超霸(GP)9 V电池如图甲所示，他欲测量该电池的电动势和内阻(内阻约为25 Ω)。提供的器材如下：电流表Ⓐ(量程为200 μA，内阻为500 Ω)，开关S，电阻箱R1(最大阻值为9999.9 Ω)，电阻箱R2(最大阻值为99999.9 Ω)和若干导线。
(1)由于电流表Ⓐ的量程太小，需将电流表Ⓐ改装成量程为9 V的电压表Ⓥ，则电流表Ⓐ应与电阻箱________(选填“R1并联”、“R1串联”、“R2并联”或“R2串联”)，并将该电阻箱的阻值调为________Ω。
(2)设计的测量电路如图乙所示，调节电阻箱R的阻值，读出相应的电压表示数U，获得多组数据，画出1U−1R图线如图丙所示。若不考虑电表对电路的影响，则根据图线可得该电池的电动势E=________V、内阻r=________Ω。(结果均保留三位有效数字)
某同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E及电阻R1和R2的阻值。实验器材有：待测电源E(不计内阻)，待测电阻R1，待测电阻R2，电压表V(量程为3 V，内阻很大)，电阻箱R(0～99.99 Ω)，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。

(1)先测电阻R1的阻值。请将该同学的操作补充完整：
A.闭合S1，将S2切换到a，调节电阻箱，读出其示数R0和对应的电压表示数U1。
B.保持电阻箱示数不变， ，读出电压表的示数U2。
C.则电阻R1的表达式为R1= 。
(2)该同学已经测得电阻R1=3.2 Ω，继续测电源电动势E和电阻R2的阻值，其做法是：闭合S1，将S2切换到a，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据，绘出了如图乙所示的1U—1R图线，则电源电动势E= ________ V，电阻R2= ________ Ω。
答案和解析
1.【答案】(1)C；A；(2)乙。
【解析】
【分析】
(1)对于甲、乙两图在考虑电表内阻时，写出相应的表达式，再选择与之相对应的图象；
(2)分析两图产生的误差情况，再选择适合电路。
掌握实验的原理及误差分析是求解的关键。
【解答】
(1)对甲图，考虑电表内阻时，根据闭合电路欧姆定律得：E=U路+Ir内=U+I(r+RA)变形得：U=−(r+RA)I+E
直接通过实验获得数据，可得：U=−Ir+E
图象与纵轴截距均为电源电动势E，虚线对应的斜率大小为RA+r，实线对应的斜率大小为r，所以对应图甲电路分析的图象是C；
对乙图，考虑电表内阻时(即虚线对应的真实情况)，根据闭合电路欧姆定律得：E=U路+Ir内=U+(I+URV)r=U+Ir+UrRV 变形得U=RVrRV+rI+RVRV+rE
直接通过实验获得数据，可得U=−Ir+E
虚线对应的斜率大小为r，实线对应的斜率大小为RVrRV+r(2)图甲虽然测量的电源电动势准确，但电流表分压较为明显，所以内阻测量的误差很大；图乙虽然电动势和内阻测量均偏小，但是电压表内阻很大，分流不明显，所以电动势和内阻的测量误差较小，所以选择图乙可以减小由电表内电阻引起的实验误差。
故答案为：(1)C；A；(2)乙。
2.【答案】(1)2 Ω；
(2)2.86；0.41。
【解析】
【分析】
(1)结合电源的内阻的大小进行分析；
(2)根据闭合电路欧姆定律得出1U与1R的表达式，结合图象进行分析即可得解。
本题考查测量电源的电动势和内阻，目的是考查学生的实验能力。
【解答】
(1)定值电阻应该是电源内阻的几倍就可以了，不要过大，即应选择2Ω。
(2)根据闭合电路的欧姆定律有E=U+UR(R0+r)，整理得1U=R0+rE⋅1R+1E，结合题图丙有1E=0.35 V−1，R0+rE=1.00− Ω⋅V−1，解得E=2.86 V、r=0.41 Ω。
故答案为：(1)2 Ω；(2)2.86；0.41。
3.【答案】(1)如图(2)
(3)2.93 1.33(4)甲方案的误差在电压表分流，但由于电压表内阻很大，所以由于电压表分流而产生的误差较小；乙方案的误差在电流表分压，但是电流表内阻较小，和一节新干电池的内阻相差不多，此时由于电流表分压而产生的误差较大，会导致该方案中电源内阻的测量值误差较大，综合比较，故选甲方案误差较小。
【解析】
【分析】
(1)根据原理图可得出对应的实物图；
(2)根据描出的点即可以得出对应的图象；
(3)根据闭合电路欧姆定律进行分析，由图象可求得电源的电动势和内电阻；
(4)根据甲乙两图分析误差即可；
本题考查了实验电路选择、实验器材选择、作图象、求电源电动势与内阻等问题，要知道实验原理，要掌握应用图象法处理实验数据的方法；电源的U−I图象与纵轴交点坐标值是电源电动势图象斜率的绝对值是电源内阻。
【解答】
(1)根据原理图连接实物连接图如下
(2) U−UR图象如下图
(3)根据闭合电路的欧姆定律可得 U=−URr+E
可知，图象与纵轴的交点表示电源的电动势，故电动势为 E=2.93V
图象的斜率表示内阻，可得 r=2.93−Ω=1.33Ω
(4)甲方案的误差在电压表分流，但由于电压表内阻很大，所以由于电压表分流而产生的误差较小；乙方案的误差在电流表分压，但是电流表内阻较小，和一节新干电池的内阻相差不多，此时由于电流表分压而产生的误差较大，会导致该方案中电源内阻的测量值误差较大，综合比较，故选甲方案误差较小。
故答案为(1)如图(2)
(3)2.93 1.33(4)甲方案的误差在电压表分流，但由于电压表内阻很大，所以由于电压表分流而产生的误差较小；乙方案的误差在电流表分压，但是电流表内阻较小，和一节新干电池的内阻相差不多，此时由于电流表分压而产生的误差较大，会导致该方案中电源内阻的测量值误差较大，综合比较，故选甲方案误差较小。
4.【答案】(2)②102；
(3)1b；kb；偏小；偏小。
【解析】
【分析】(2)实验为等效法测内阻，根据实验原理分析；
(3)根据闭合电路欧姆定律列出等式，整理为1U−1R的形式，分析图像斜率和纵轴截距所代表的的物理意义。
根据电压表的分流作用，类比电流表的外接法分析误差。
【解答】(2)②等效法测内阻，电阻箱R的阻值等于Rx的阻值，所以Rx=102Ω；
(3)根据E=U+URr，整理为1U=1E+rE·1R，所以k=rE，b=1E，解得E=1b，r=kb，
因为电压表不是理想电表，假设其电阻为RV，因为电压表的分流作用，导致电源电动势的测量值为RVRV+rE真，内阻的测量值为电压表与内阻的并联值rRVr+RV，所以电动势偏小，内阻偏小．
5.【答案】(1)R02；>
(2)b；M；1b；kb
【解析】
【分析】
本题考查测量电源的电动势和内阻实验，需要学生掌握相关实验原理，难度不大。
【解答】
(1)滑动变阻器接入电路的阻值不变时，可认为电压表与电阻箱两端电压不变，电压表示数变为满偏电压的13时，电阻箱分压为满偏电压的23，电阻箱接入电路的阻值等于电压表内阻的2倍，则电压表内阻RV=12R0，调节电阻箱阻值使电压表示数变为满偏电压的13时，电路总电阻变大，电路总电流变小，滑动变阻器与电源内阻分压变小，电阻箱与电压表两端总电压变大，当电压表示数变为满偏电压的13时，电阻箱两端电压大于电压表满偏电压的23，实际上电压表内阻小于12R0，则电压表内阻的测量值偏大。
(2)测电源电动势与内阻时，应将开关S拨至b位置，将滑动变阻器的滑片移到M端，保持滑片位量不动;
由电路图，根据闭合电路欧姆定律可得E=U+Ir=U+URr，则1U=1E+rE⋅1R，所以图线截距b=1E，斜率k=rE，则电源电动势E=1b，内阻r=kb。
6.【答案】(1)①断开；②闭合；③R1−R0；
(2)2.0；1.0；
(3)图甲更合理；因为图甲有保护电阻Rx，防止短路。
【解析】
【分析】
(1)分析题意，明确实验原理，从而确定实验基本步骤和实验方法，并根据欧姆定律求解待测电阻；
(2)根据闭合电路欧姆定律列式，再根据图象进行变形，从而确定电动势和内电阻。
本题考查电阻的测量以及电动势和内电阻的测量，要注意理解题意，明确实验原理是解题的关键，同时注意掌握在求解电动势和内电阻时根据图象分析求解数据的基本方法。
【解答】
(1)根据题意，两个步骤中保证同一电源的路端电压相等，根据闭合电路欧姆定律可知，两个步骤中外电路的电阻一定相等，从而可以求得待测电阻的阻值，因此应先断开开关S2，将待测电阻接入电路，调节电阻箱接入电路的电阻并读出电压表示数U；然后闭合开关S2，将Rx短路，再调节电阻箱，使电压表示数仍为U，即可得出电阻箱此时的阻值等于上一步骤中电阻箱与待测电阻的阻值之和，则可知待测电阻阻值为Rx=R1−R0。
(2)根据闭合电路欧姆定律可得E=U+UR+Rxr，变形可得1U=1E+rE·1R+Rx；
由题图乙可知1E=0.5 V−1，rE=1.0−0.51.0 A−1，解得E=2.0 V，r=1.0 Ω。
(3)因为题图甲有保护电阻Rx，可防止实验操作时短路，图甲电路图较合理。
故答案为：(1)①断开；②闭合；③R1−R0；(2)2.0；1.0；(3)图甲更合理；因为图甲有保护电阻Rx，防止短路。
7.【答案】(1)R2串联；44500；
(2)8.62(8.55∼8.70均可)； 19.1(18.6∼19.3均可)。
【解析】
【分析】(1)把电流表改装成电压表需要串联分压电阻，应用串联电路特点与欧姆定律求出串联电阻阻值，然后选择电阻箱。
(2)根据图乙所示电路图应用闭合电路的欧姆定律求出图象的函数表达式，根据图示图象求出电源电动势与内阻。
【解答】(1)要将电流表A改装成量程为9V的电压表V需串联一个电阻，
且串联电阻的阻值R串=U−IgRgIg=9−200×10−6×500200×10−6Ω=44500Ω。
(2)由题图乙有U+URr=E，整理得1U=rE⋅1R+1E，
结合题图丙有1E=0.116V−1，rE=0.227−0.11650×10−3A−1，
解得E=8.62V，r=19.1Ω。
8.【答案】(1)将S2切换到b；U2−U1U1R0；
(2)2.0；0.8
【解析】
【分析】
用电压表和电阻箱测量电源的电动势和内电阻(本题的R2相当于内电阻)并用图象进行数据处理求出结果；本方法可与伏安法类比简称伏阻法．也是实验中常用方法之一。
【解答】
(1)由题意可知，本实验中没有给出电流表，故应是电压表与电阻箱求电源电动势和内电阻的；实验中应充分利用电阻值及串并联电路的规律得出表达式；为了多测数据，应再将S2切换到b；由欧姆定律可知：U2=I(R0+R1)，U1=IR0，而电路电流相等，
联立解得：R1=U2−U1U1R0；
(2)根据E=U+UR(R1+R2)，有1U=1E+1R·R1+R2E，比照直线方程y=kx+b，有截距1E=b=0.5，所以E=2V；
斜率k=1.5−；
又k=R1+R2E，已测出R1=3.2Ω，求得R2=0.8Ω 。