新教材2022版高考物理人教版一轮总复习训练：实验9　电源电动势和内阻的测量

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1．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0～3 V，内阻约3 kΩ)
电流表A(量程0～0.6 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U­I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________。
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下表所示。
请根据实验数据，回答以下问题：
①坐标纸上已标出后3组数据对应的坐标点，请在坐标纸上标出前4组数据对应的坐标点，并画出U­I 图像。
②根据实验数据可知，所选的定值电阻为________(选填“R1”或“R2”)。
③用笔画线代替导线，按照改进后的方案，将实物图连接成完整电路。
解析：(1)电压表示数变化过小，原因是外电阻比内阻大得多，即干电池内阻偏小，故选B。
(2)①根据数据作出的U­I图像如图甲所示。
甲
②由图像可知r＋R定＝ eq \f(1.58,0.6) Ω＝2.63 Ω，电源内阻小于1 Ω，则定值电阻大于 1.63 Ω，可知定值电阻为R1。
③定值电阻与电源串联，电路如图乙所示。
乙
答案：(1)B (2)①见解析图甲 ②R1 ③见解析图乙
2．某同学要测量一节干电池的电动势和内阻，实验器材仅有一个电压表(内阻很大)、一个电阻箱、一个开关和导线若干，该同学按如图所示电路进行实验，测得的数据如下表所示。
(1)根据表中提供的数据，若利用图像确定电池的电动势和内阻，则应作________(填选项前的字母)。
A. U­ eq \f(U,R) 图像 B. R­U图像
C. R­ eq \f(U,R) 图像 D. eq \f(1,R) ­U图像
(2)根据(1)，利用测得的数据，在下图中的坐标纸上画出适当的图线。
(3)由(2)中作出的图像可知，该电池的电动势E＝________ V，内阻r＝________Ω。
解析：(1)由闭合电路欧姆定律可知E＝U＋ eq \f(U,R)r，变形得U＝E－ eq \f(U,R)r，则应作 U­ eq \f(U,R) 图像，可得到一条倾斜直线，故A正确。
(2)描点连线时，应让尽可能多的点落在直线上，如图所示。
(3)由闭合电路欧姆定律可知，图线的纵截距表示电动势，故E＝1.47 V，图线斜率的绝对值表示内阻，故r＝0.94 Ω。
答案：(1)A (2)见解析图 (3)1.47(1.46～1.48均可以) 0.94(0.90～0.99均可以)
3．(2020·天津高考)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确。
电压表(量程0～3 V，内阻约为3 kΩ)
电流表(量程0～0.6 A，内阻约为1 Ω)
滑动变阻器(0～20 Ω，额定电流1 A)
待测电池组(电动势约为3 V，内阻约为1 Ω)
开关、导线若干
(1)该小组连接的实物电路如图甲所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号是________。
甲
(2)改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的________(选填“a”或“b”)端。
(3)实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5 Ω 的电阻，之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出U­I图像，如图乙所示。根据图像可知，电池组的电动势为________V，内阻为________Ω。(结果均保留2位有效数字)
乙
解析：(1)因电源内阻较小，故对于电源来说应该采用电流表外接法，图中采用的是电流表内接法；故导线5连接不当，应将导线5从滑动变阻器上改接到电流表正接线柱上。
(2)开始实验前应该让滑动变阻器连入电路的阻值最大，故应将滑片置于a端。
(3)由题图乙可知图线与纵轴的交点即为电源电动势，故E＝2.9 V；图线与横轴的交点即为短路电流 I＝0.50 A，故可得电源的等效内阻为r′＝ eq \f(E,I)＝ eq \f(2.9,0.5) Ω＝5.80 Ω；又因为在开关和电池负极之间接有5 Ω的电阻，在计算过程中等效为内阻，故电源内阻为 r＝(5.80－5)Ω＝0.80 Ω。
答案：(1)5 (2)a (3)2.9 0.80
4．测定一组干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：
A. 待测干电池
B. 电流表A1(内阻可忽略不计)
C. 电流表A2(内阻可忽略不计)
D. 定值电阻R0(阻值1 000 Ω)
E. 滑动变阻器R(阻值0～20 Ω)
F. 开关和导线若干
某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图甲所示的电路完成实验。
(1)在实验操作过程中，该同学将滑动变阻器的滑片P向左滑动，则电流表A1的示数将________(选填“变大”或“变小”)。
(2)该同学利用测出的实验数据绘出的I1­I2图像(I1为电流表A1的示数，I2为电流表A2的示数，且I2的数值远远大于I1的数值)如图乙所示，则由图像可得被测电池的电动势E＝________ V，内阻 r＝________ Ω。(结果均保留2位有效数字)
(3)若将图线的纵坐标改为________，则图线与纵坐标的交点的物理含义即为电动势的大小。
解析：(1)该同学将滑动变阻器的滑片P向左滑动，滑动变阻器接入电路的阻值变大，则回路中的总电阻变大，故总电流减小，外电压变大，故流过R0的电流变大，则A1的示数将变大。
(2)根据闭合电路的欧姆定律得E＝I1R0＋I2r，变形得I1＝－ eq \f(r,R0)I2＋ eq \f(E,R0)，则图线的斜率为k＝ eq \f(（2.4－2.8）×10－3,0.6－0.2)＝－ eq \f(r,R0)，解得r＝1.0 Ω，纵截距3.0×10－3 A＝ eq \f(E,R0)，解得E＝3.0 V。
(3)路端电压为U＝I1R0，代入E＝I1R0＋I2r，得E＝U＋I2r，即将图线的纵坐标改为I1R0时，图线与纵坐标的交点的物理含义即为电动势的大小。
答案：(1)变大 (2)3.0 1.0 (3)I1R0
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
实验次数
1
2
3
4
5
R/Ω
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
U/V
1.00
1.19
1.27
1.31
1.35
eq \f(U,R)/A
0.50
0.30
0.21
0.16
0.13