2027年高考物理一轮复习 突破练习含答案064-课时作业55 测量电源的电动势和内阻（教用）

这是一份2027年高考物理一轮复习 突破练习含答案064-课时作业55 测量电源的电动势和内阻（教用），共40页。试卷主要包含了［2024·北京卷·15等内容，欢迎下载使用。
1．［2024·北京卷·15（3）］（4分）某兴趣小组利用铜片、锌片和橘子制作了水果电池，并用数字电压表（可视为理想电压表）和电阻箱测量水果电池的电动势E和内阻r，实验电路如图甲所示。连接电路后，闭合开关S，多次调节电阻箱的阻值R，记录电压表的读数U，绘出U−UR图像，如图乙所示，可得：该电池的电动势E=_ _ _ _ V，内阻r=_ _ _ _ kΩ 。（结果保留2位有效数字）
【答案】1.0； 3.3
【解析】由闭合电路欧姆定律得E=U+URr，即U=−URr+E，结合题图乙可得E=1.0V，r=|k|=1.0−0.34200×10−6Ω=3.3kΩ 。
2．（14分）小李设计了如图甲所示的电路测量太阳能电池的电动势和内阻（电动势约为3V，内阻较小）。实验提供的器材如下：
A.电流表A(量程为0～3mA，内阻为Rg=10Ω)；
B.电压表V(量程为0～3V，内阻约30kΩ)；
C.滑动变阻器(最大电阻Rm=10Ω)；
D.定值电阻R0=0.1Ω ；
E.导线、开关若干。
（1） 他的同学小明认为该电路不可行，其理由是_ _ _ _ _ _ 。
（2） 请利用上述提供的实验器材在图甲中补全改进后的实验电路。
（3） 根据图甲改进后的电路，电流表A、电压表V的示数分别为I、U，可分析推导出表达式：U=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ （用R0、I、Rg和电池的电动势E、内阻r表示，忽略电压表分流影响）。
（4） 小李调节滑动变阻器测得多组数据，描绘出光照一定的情况下电压U与电流I的关系，如图乙，由图像知当输出电流0≤I≤1.5mA时，U与I成线性关系。则电池电动势E=_ _ _ _ V，在满足U与I成线性关系的条件下，该电池的内阻r=_ _ _ _ Ω 。（结果均保留2位有效数字）
（5） 当电流大于1.5mA时，随着电流增大，电池的内阻_ _ _ _ （选填“增大”“减小”或“不变”）；当电压表的示数为0.5V时，电池的输出功率为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ W（结果保留2位有效数字）。
【答案】（1） 见解析
（2） 见解析
（3） −R0+RgR0rI+E
（4） 2.9；7.6
（5） 增大；0.14（或0.13）
【解析】
（1） 分析可知，电路中的电流最小值约为I=ERg+Rm=320A=150mA>3mA，超出了电流表的量程，故该电路不可行。
（2） 在电流表A上并联一个小电阻R0，将电流表量程扩大，补全改进后的实验电路如图所示。
（3） 根据闭合电路欧姆定律可得E=U+(I+IRgR0)r，整理得U=−R0+RgR0rI+E。
（4） 取坐标(0,2.90V)和坐标(1.50mA,1.75V)代入上式，可得E=2.9V，r=|ΔU101ΔI|≈7.6Ω 。
（5） 当电流大于1.5mA时，随着电流增大，图像斜率绝对值变大，所以内阻增大，当电压表的示数为0.5V时，电流为2.70mA，电池的输出功率为P=101UI≈0.14W。
3．（2025·湖北黄冈二模）（10分）某同学做“测量电源的电动势和内阻”实验，设计了如图甲所示实验电路图，R0=4Ω ，起保护电源作用。实验步骤如下：
（1） 该同学先把电阻箱R1的阻值调至_ _ _ _ （选填“最大”或“最小”），闭合开关S1之后，再把S2闭合于1处，多次调节电阻箱的选择旋钮，同时记录下每次电阻箱的阻值R1和电流表A的示数I，再把示数I换算为倒数1I，描绘得到如图乙所示的1I−R1图像，可求得电源电动势E=_ _ _ _ V，内阻r=_ _ _ _ Ω 。（结果均保留2位有效数字）
（2） 该同学再把S2闭合于2处，多次调节电阻箱的选择旋钮，同时记录下每次电阻箱的阻值R2和电压表V的示数U，为使图像更直观，应画出_ _ _ _ （选填选项代号）图像，来计算电源电动势和内阻，此时内阻的测量值与真实值相比_ _ _ _ （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
A.U−R2B.1U−R2C.1U−1R2
【答案】（1） 最大；5.0；1.0
（2） C；偏小
【解析】
（1） 实验前，应该把电阻箱R1的阻值调至最大，使电流表支路电阻最大。根据闭合电路欧姆定律有E=I(R1+R0+r)，整理得1I=1ER1+R0+rE，所以1E=6−125V−1，R0+rE=1A−1，解得E=5.0V，r=1.0Ω 。
（2） 根据闭合电路欧姆定律，有E=U+UR2(R0+r)，整理得1U=1E+1R2⋅R0+rE，为使图像更直观应画出1U−1R2图像，故选C。此时忽略了电压表的分流作用，内阻测量值偏小。
4．（2026·河北衡水一模）（14分）某实验小组在测定电源电动势和内阻的实验中，除待测电源(电动势E约为3V，内阻r约为3Ω)外，实验室提供了以下器材：
A.电流表G(量程0～50mA，内阻Rg=6Ω)；
B.电压表V1(量程0～3V，内阻约5kΩ)；
C.电压表V2(量程0～15V，内阻约500Ω)；
D.电阻箱R0(0～999.9Ω)；
E.滑动变阻器R1(0～10Ω)；
F.滑动变阻器R2(0～1000Ω)；
G.开关、导线若干。
（1） 为尽量减小实验误差，实验中电压表选择_ _ _ _ ；为了实验操作方便，滑动变阻器选择_ _ _ _ 。（填写器材前的字母代号）
（2） 由于所给电流表G的量程太小，实验小组用电阻箱R0与电流表G并联，可使其量程扩大，取R0=2Ω ，则改装后的电流表量程为原量程的_ _ _ _ 倍。
（3） 把改装后的电流表记作A，则应该选择的实验电路是下图中的_ _ _ _ （选填“甲”或“乙”）。
（4） 根据实验数据画出U−I图线(U是电压表读数，I是改装后电流表A的读数)，如图丙所示。由图线可得，待测电源的电动势E=_ _ _ _ V，内阻r=_ _ _ _ Ω 。（结果均保留3位有效数字）
（5） 用上述电源(电动势为E，内阻为r)给不同的电动机供电，若电动机直流电阻为RM，两端电压为U，通过的电流为I，则电动机获得最大功率的条件是_ _ _ _ 。（多选）
A. U=E2B. I=E2rC. RM=rD. I=E2RM
【答案】（1） B；E
（2） 4
（3） 乙
（4） 3.00；3.50
（5） AB
【解析】
（1） 为尽量减小实验误差，电压表应选量程为0∼3V的，故选B；电源内阻较小，为了实验操作方便，滑动变阻器选择E。
（2） 改装后，通过的总电流I=Ig+IgRgR0=4Ig，即量程扩大为原来的4倍。
（3） 由于改装后的电流表内阻已知，因此电流表相对电源应采用内接法，应该选择的实验电路是题图中的乙。
（4） 改装后电流表的内阻RA=R0RgR0+Rg=2×62+6Ω=1.5Ω ，由闭合电路欧姆定律可得E=U+I(RA+r)，则U=−I(RA+r)+E，可知U−I图像的纵截距等于电动势，结合图像有E=3.00V；斜率绝对值|ΔUΔI|=RA+r=3.00−2.000.2Ω=5.00Ω ，则r=5.00Ω−1.5Ω=3.50Ω 。
（5） 电动机是非纯电阻，电动机消耗的功率P=UI=U⋅E−Ur=Er⋅U−1r⋅U2，根据数学知识可知，当U=E2时，电动机消耗功率达到最大值，A正确；电动机消耗功率达到最大值时电路中电流I=E−Ur=E2r，无法求得电动机的内阻，B正确，C、D错误。
5．（2025·重庆联考）（8分）某同学为尽量精确测量某电源的电动势E、内阻r以及一待测电阻的阻值Rx，设计了图甲、乙两电路图，实验中所采用的电压表和电流表均为非理想表（即要考虑电表内阻对电路的影响）。
该同学首先利用甲电路进行实验：
（1）闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器的滑片，记录多组电压表和电流表的示数，在U−I坐标系中描点作出图线①。
（2） 断开开关S2，调节滑动变阻器的滑片，记录多组电压表和电流表的示数，在同一U−I坐标系中描点作出图线②，则描出的图像是_ _ _ _ 。
A. B.
C. D.
（3） 利用第（2）问中的图像，可知电源电动势E=_ _ _ _ _ _ （选用b1、b2、b3表示），待测电阻Rx=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ （选用a1、a2、a3、b1、b2、b3表示）。
（4） 为进一步求得电源内阻r的值，该同学利用乙电路继续实验，闭合开关S3，调节滑动变阻器的滑片，仍记录多组电压表和电流表的示数，所作U−I图像的纵截距为d，则该电源的内阻r=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ （选用a1、a2、a3、b1、b2、b3、d表示）。
【答案】（2） B
（3） b1；b1(a1−a3)a1a3
（4） (b1d−1)(b1a3−b1a1)
【解析】
（2） 闭合开关S1、S2，根据闭合电路欧姆定律有U=E−I(r+RA)，断开开关S2，闭合开关S1，根据闭合电路欧姆定律有U=E−I(r+RA+Rx)，图线①对应函数U=E−I(r+RA)，图线②对应函数U=E−I(r+RA+Rx)，可知，两图像纵截距相等，图线②斜率的绝对值大于图线①斜率的绝对值，则B选项满足要求。故选B。
（3） 图线①对应函数U=E−I(r+RA)，则有E=b1，r+RA=b1a1；图线②对应函数U=E−I(r+RA+Rx)，则有r+RA+Rx=b1a3，解得Rx=b1(a1−a3)a1a3。
（4） 根据闭合电路欧姆定律可知E=U+IRA+(U+IRARx+I)r，变形得U=ERxRx+r−I(RxrRx+r+RA)，U−I图像的纵截距为d，则有d=Rxr+RxE，联立E=b1，Rx=b1(a1−a3)a1a3，解得r=(b1d−1)(b1a3−b1a1)。
一题多解 第（4）问可以引入等效电源简化计算：将Rx与电源等效为一个新电源，则新电源的电动势E1=ERxRx+r，新电源的内阻r1=RxrRx+r，根据闭合电路欧姆定律有U=E1−I(r1+RA)，解得U=ERxRx+r−I(RxrRx+r+RA)，U−I图像的纵截距为d，则有d=Rxr+RxE，联立E=b1，Rx=b1(a1−a3)a1a3，解得r=(b1d−1)(b1a3−b1a1)。