2022届高考物理二轮复习 物理实验专项练习（9）测量电源电动势和内阻

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（9）测量电源电动势和内阻
一、实验题1.某同学想把满偏电流为1.0 mA的电流表改装成双量程的电压表，并用改装的电压表去测量某电源的电动势和内阻。
 （1）图甲是测量内阻的实验原理图，其中的量程小于的量程，先闭合开关，将拨向接点a，调节滑动变阻器的滑片直至满偏。（2）保持的滑片位置不动，将拨向接点b，调节，直至满偏，此时电阻箱旋钮位置如图乙所示，记录数据，断开。
（3）现用电流表改装成0~1.5 V和0~3.0 V的双量程电压表，电路如图丙所示，则___________Ω。

（4）用改装后的电压表的0~1.5 V挡接在待测电源（内阻较大）的两端时，电压表的示数为1.00 V；换用0～3.0 V挡测量，示数为1.20 V。则电源的电动势E为_______V，内阻r为_______Ω。
（5）将上述电源与两个完全相同的元件X连接成电路图丁，X元件的伏安特性曲线如图戊所示，则通过X元件的工作电流为_______mA。
 2.王强与张华在做“测干电池组的电动势E和内阻r”的实验时，实验室配备的实验器材如下:
A.两节干电池串联成的待测电池组；
B.电压表V（量程0~3 V，内阻约）；
C.电流表A（量程0~3 mA，内阻）；
D.滑动变阻器R（阻值范围0~，最大电流5 mA）；
E.定值电阻（阻值为，允许通过的最大电流为2 A）
F.定值电阻（阻值为，允许通过的最大电流为1 A）；
G.定值电阻（阻值为，允许通过的最大电流为0.1 A）；
H.开关1个，导线若干。
王强、张华根据配备的实验器材，分别设计的实验电路图如图甲、乙所示。他俩经过交流讨论后共同认为采用图乙所示的电路进行实验较为理想。于是，他俩按图乙所示的电路图连接电路，闭合开关后改变滑动变阻器R连入电路的阻值并读出多组对应的电压表、电流表的示数U和I，最后画出了图线，如图丙所示。
 （1）王强、张华认为采用图乙所示的电路进行实验较为理想的原因是_______。
（2）定值电阻应选______（选填“”“”或“”）。
（3）待测电池组的电动势__________V，内阻_________Ω。（结果均保留2位有效数字）3.如图甲所示电路可用来测定某一干电池的电动势E和内阻r，其中虚线框为用灵敏电流计G改装的电压表，A为标准电流表，量程为0.6 A，S为开关，R为滑动变阻器。
 （1）灵敏电流计G的满偏电流，内阻，给灵敏电流计G串联一个阻值为________的电阻就可以将该灵敏电流计G改装成量程为0~3 V的电压表。
（2）实验中，某同学读出多组灵敏电流计和电流表的示数，绘制出图像如图乙所示，则干电池电动势的测量值______V，内阻_________Ω。
（3）对于上述测量方法，从实验原理分析可知，在测量无误的情况下，实验测出的干电池电动势与真实值相比较______（选填“大于”“小于”或“等于”）。4.为了测量某电源的电动势和内阻，实验室提供了如下器材：电阻箱R，定值电阻，两个电流表、，开关，单刀双掷开关，待测电源，导线若干.实验小组成员设计如图甲所示的电路图.（1）闭合开关，断开单刀双掷开关，调节电阻箱的阻值为，读出电流表的示数；将单刀双掷开关掷向1，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为，此时电阻箱阻值为，则电流表的阻值______.（2）将单刀双掷开关掷向2，多次调节电阻箱的阻值，记录每次调节后的电阻箱的阻值R及电流表的示数I，实验小组成员打算用图像分析I与R的关系，以电阻箱电阻R为横轴，为了使图像是直线，则纵轴y应取_______.A.IB.C.D.（3）若测得电流表的内阻为，定值电阻，根据（2）选取的y轴，作出图像如图乙所示，则电源的电动势______V，内阻_______Ω.（4）按照本实验方案测出的电源内阻值_______（填“大于”“小于”或“等于”）真实值.5.利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内阻.要求尽量减小实验误差.（1）应该选择的实验电路是图中的_______.（填“甲”或“乙”）（2）某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图中的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出图线.序号123456电压1.451.401.301.251.201.10电流0.060.120.240.260.360.48（3）根据（2）中所画图线可得出干电池的电动势________V，内阻_______Ω.（均保留两位有效数字）（4）某同学进一步用如图丙所示的电路测量另一个电源的电动势和内阻，其中R是电阻箱，定值电阻，G是理想电流计.改变R的阻值分别读出电流计的读数，作出图像如图丁所示，由图可求得电源的电动势_______V，内阻_______Ω.（均保留两位有效数字）6.艺术家Charland用800个马铃薯和苹果通过镍钉和铜线连接起来，组成了一个超大的果蔬电池组，通过特殊装置就可以给手机充电.小明同学想通过实验来验证水果电池的可用性，他把铜片和锌片相隔约1 cm插入一个苹果中，制成一个水果电池，并采用如图甲所示的电路测量该水果电池的电动势和内阻.小明同学查阅资料后得知，水果电池的电动势约为1 V，内阻约为1 000 Ω；电流表量程为0~3 mA，内阻忽略不计.（1）实验室的电阻箱有两种规格：电阻箱（0~99.9 Ω），电阻箱（0~999.9 Ω），图甲中的电阻箱R应选用_______（填“”或“”）.（2）闭合开关S，改变电阻箱R的阻值，并记录对应的电流表的示数，其中某次电流表的示数如图乙所示，则电流表的示数为_______mA.（3）利用电阻箱的阻值R与相应的电流表的示数I，作出图像，如图丙所示.根据图像可得，水果电池的电动势为______V，内阻为______Ω（结果均保留两位有效数字）.（4）若考虑电流表的内阻，则水果电池内阻的测量值_______真实值（填“大于”“小于”或“等于”）.7.某学生实验小组利用图（a）所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻。使用的器材有：

多用电表；
电压表：量程5 V，内阻十几千欧；
滑动变阻器：最大阻值；
导线若干。
回答下列问题：
（1）将多用电表挡位调到电阻“×1 k”挡，再将红表笔和黑表笔_______，调零点。
（2）将图（a）中多用电表的红表笔和_______（填“1”或“2”）端相连，黑表笔连接另一端。
（3）将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图（b）所示，这时电压表的示数如图（c）所示。多用电表和电压表的读数分别为_________kΩ和________V。

（4）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零，此时多用电表和电压表的读数分别为和4.00 V。从测量数据可知，电压表的内阻为________kΩ。
（5）多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图（d）所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为________V，电阻“×1 k”挡内部电路的总电阻为_________kΩ。
 8.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）；电压表V（量程3 V，内阻约）；电流表A（量程0.6 A，内阻约）；滑动变阻器R（最大阻值为）；定值电阻（阻值）；定值电阻（阻值）；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_____。（填正确答案标号）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。序号12345670.080.140.200.260.320.360.401.351.201.050.880.730.710.52请根据实验数据，回答以下问题：①图丙上已标出后3组数据对应的坐标点，请在图丙上标出前4组数据对应的坐标点并画出图像。②根据实验数据可知，所选的定值电阻为_______（填“”或“”）。③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将图丁中的实物图连接成完整电路。
 9.用图1所示的甲、乙两种电路测量某电源的电动势和内电阻（约为）。其中R为电阻箱，电流表的内电阻约为，电压表的内电阻约为。
 （1）利用图1中甲实验电路测电源的电动势E和内电阻r，所测量的实际是图2中虚线框所示“等效电源”的电动势和内电阻。若电流表内电阻用表示，请你用和表示出，并简要说明理由。
 （2）某同学利用图像分析图1所示的甲、乙两种电路中由电表内电阻引起的实验误差。在图3中，实线是根据实验数据（图甲：，图乙：）描点作图得到的图像；虚线是该电源的路端电压U随电流I变化的图像（没有电表内电阻影响的理想情况）。
 在图3中，对应图1中甲电路分析的图像是：__________；对应图1中乙电路分析的图像是：_____。
（3）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”）。10.一同学测量某干电池的电动势和内阻。
（1）如图甲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。
____________
 （2）实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的数据见下表:8.07.06.05.04.00.150.170.190.220.266.75.95.34.53.8根据表中数据，在方格纸上作出关系图像。由图像可计算出该干电池的电动势为________V，内阻为_________Ω。
（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100 mV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0.33 A时，电压表的指针位置如图乙所示，则该干电池的电动势应为__________V；内阻应为________Ω。
 11.某探究性学习小组利用如图1所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表的内阻，电阻，为了方便读数和作图，给电池串联一个的电阻。
 ①按图1所示电路进行连接后，发现和三条导线中，混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的，将开关S闭合，用多用电表的电压挡先测量间电压，读数不为零，再测量间电压，若读数不为零，则一定是______导线断开；若读数为零，则一定是________导线断开。
②排除故障后，该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器触头位置，得到电流表和的多组数据，作出图像如图2所示。由图像得到电池的电动势__________V，内阻_________Ω。
 12.用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组（电动势约4.5 V，内电阻约）的电动势和内电阻，除待测电池组、开关、导线外，还有下列器材供选用：
A.电流表：量程0~0.6 A，内电阻约
B.电流表：量程0~3 A，内电阻约
C.电压表：量程0~3 V，内电阻约
D.电压表：量程0~6 V，内电阻约
E.滑动变阻器：0~，额定电流0.5 A
F.滑动变阻器：0~，额定电流2 A
（1）为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_______，电压表应选用_________，滑动变阻器应选用________。（均填仪器的字母代号）
（2）如图为正确选择仪器后，连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将_______和______相连、_________和__________相连、______和__________相连。（均填仪器上接线柱的字母代号）
 （3）实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U。用图像法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线，则可以___________为纵坐标，以________为横坐标。  参考答案1.答案：（3）1490
（4）1.5；750
（5）0.78（0.75~0.80均算对）解析：（3）根据（1）和（2）的步骤描述，保持滑动变阻器的滑片位置不变，两次均使满偏，所以的阻值与电阻箱的阻值相等，即，根据串联分压的规律有，解得。
（4）电压表示数为1.00 V时，示数为，当电压表示数为1.2 V时，示数为，则根据闭合电路欧姆定律可知，解得。
（5）根据电路可知两元件串联，所以流过X元件的电流相同，由闭合电路欧姆定律有，整理得，结合数据在题图戊中做出对应的图线，图中交点即为通过X元件的电流，根据题意作图可得电流为0.78 mA。
 2.答案：（1）没有系统误差
（2）
（3）2.9；5.7解析：（1）由于电流表内阻已知，所以采用题图乙所示的电路进行实验时没有系统误差。
（2）由于两节干电池的电动势约为3 V，电流表的量程为0～3 mA，根据欧姆定律，可得回路总电阻最小为，而定值电阻起到保护电路的作用，因此选。
（3）图像与纵轴交点等于待测电池组的电动势，斜率的绝对值等于，因此可知。3.答案：（1）9.9
（2）1.45；1.50
（3）小于解析：（1）要串联的电阻阻值为。
（2）由题中图像可知，纵轴截距为145 μA，则对应的电压值为1.45 V，即干电池电动势为，内阻为。
（3）本实验中由于采用相对电源的电流表外接法，则可知，由于电压表内阻的影响使电流表示数偏小，而当外电路短路时，电压表的分流可以忽略，分别做出真实值和测量值图像，如图所示，则可知，干电池电动势的测量值小于真实值。
 4.答案：（1）（2）C（3）3;0.9（4）等于解析：（1）由题意可知电路电流保持不变，由闭合电路欧姆定律可知电路总电阻不变，则电流表内阻等于两种情况下电阻箱阻值之差，即.（2）根据题意与图示电路图可知电源电动势，整理得，为了使图像是直线，应作图像，C正确，A、B、D错误.（3）由图线可知纵轴截距，斜率，解得电源电动势，电源内阻.（4）实验测出了电流表的内阻，由（2）（3）可知电源内阻的测量值等于真实值.5.答案：（1）甲（2）见解析（3）1.5;0.83（4）3.0;1.0解析：（1）甲图中测量的电动势和内阻都偏小，但接近真实值，而乙图虽然电动势测量准确，但测量的内阻等于电源内阻与电流表内阻之和，相对误差较大，因此选用甲电路图测量较准确.（2）描点、连线画出图像，如图所示.（3）由于图像的函数表达式为，可知图像在纵轴的截距表示干电池电动势，斜率的绝对值表示内阻，因此可得，.（4）根据，整理得，可得，，代入数据，整理得，.6.答案：（1）（2）1.00（3）1.1;（4）大于解析：（1）电池的内阻约为1 000 Ω，当选用时，电流表指针几乎不变，选用时，电流表指针会有明显变化.（2）电流表的精度为0.1 mA，估读一位，故读数为1.00 mA.（3）由闭合电路欧姆定律，可得，则图像的斜率为E，则，当时，水果电池的内阻为.（4）若考虑电流表内阻，则有，可得，故水果电池内阻的测量值大于真实值.7.答案：（1）短接（2）1（3）15；3.60（4）12（5）9.00；15解析：（1）多用电表欧姆挡调零的方法是先把红、黑表笔短接。再调节欧姆调零旋钮，使指针满偏。
（2）多用电表内部电池的正极与黑表笔相连，要保证电流从电压表的“+”接线柱流入“-”接线柱流出，故红表笔和“1”端相连。
（3）多用电表指针指向“15”，挡位“1 k"，故多用电表的读数为；电压表读数时要估读，读数为3.60 V。
（4）滑动变阻器接入电路的阻值为零，故多用电表的读数即电压表内阻。
（5）由题图（b）知，此时多用电表指针指向中值，故此时内外电阻均为，此时的电压表示数为3.60 V

解得8.答案：（1）B（2）（2）①如图1所示
②
③如图2所示解析：（1）路端电压，若电源内阻远小于外电路总电阻，则电压表示数总是接近电源的电动势，变化范围小，故B项正确。
（2）根据数据作出的图像如图1所示。②由画出的图线知等效电源内阻，因此选的定值电阻为。③连接实物图时，从电源正极出发，依次连接各器材，电压表并联在滑动变阻器和电流表两端，注意电流从正接线柱流入，负接线柱流出，电路如图2所示。
 9.答案：（1）；；理由见解析（2）C；A（3）乙解析：（1）将电源和电流表视为等效电源，电源电动势是电源本身具有的属性，电流表不具有产生电动势的本领，所以等效电源的电动势为，而电流表的内阻和电源的内阻作为等效电源的内阻，即。
（2）对甲电路，考虑电表内阻时，根据闭合电路欧姆定律得，变形得；而理想情况下。纵轴截距均为电源电动势E，虚线对应的斜率大小为r，实线对应的斜率大小为，所以对应甲电路分析的图像是C。对乙电路，考虑电表内阻时，即实线对应的真实情况，根据闭合电路欧姆定律得，变形得；而理想情况下，虚线对应的斜率绝对值为r，实线对应的斜率绝对值为，虚线对应的纵轴截距为E，实线对应的纵轴截距为；两图线在时，对应的短路电流均为，所以对应乙电路分析的图像是A。
（3）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。10.答案：（1）①开关未断开；②电阻箱阻值为零。（2）如图所示
 1.4（1.30~1.44都算对）；1.2（1.0~1.4都算对）（3）1.4（结果与（2）问第一个空格一致）；1.0（结果比（2）问第二个空格小0.2）解析：（1）在连接电路前，首先要断开开关，电路中串联的电阻箱或滑动变阻器阻值要调节到最大，所以操作中存在的不足之处是：①开关未断开；②电阻箱阻值为零。
（2）根据测量得到的数据，利用描点法先在坐标图中画出数据点，然后用直尺过尽可能多的点画出倾斜的直线，如图所示。对题图甲，利用闭合电路欧姆定律，可得，变化成，对照作出的图像，可知图像的斜率等于电池的电动势，可得；图像在纵轴的截距的绝对值等于电池的内阻，可得。
（3）根据电压表的读数规则，题图乙中电压表读数，由题述知，根据欧姆定律可得电流表内阻。对题图甲，考虑电流表内阻，利用闭合电路欧姆定律，可得，变化成，对照作出的图像，可知图像的斜率等于电池的电动势，可得；图像在纵轴的截距的绝对值等于电池的内阻与电流表内阻之和，可得电池的内阻为。11.答案：①；②1.4（1.36~1.44均可）；0.5（0.4~0.6均可）解析：①根据，导线电阻R等于零，所以良好的一根导线上任何两点间都不会存在电势差，若一根导线两端有电势差，则导线断开。据此可推断出导线是完整的还是断开的。②将电流表和串联当成电压表使用，电压测量值，根据闭合电路欧姆定律有，整理得，由题图2可知，纵轴截距，所以电动势，斜率的绝对值表示，即，解得。12.答案：（1）A；D；F（2）（3）见解析解析：（1）为了防止电源急剧放电时产生极化现象而引起电动势下降，一般在测电源电动势与内电阻时，电源的放电电流控制在0.5 A以内，故电流表应选用A；因三节干电池的总电动势约为4.5 V，故选用量程是0~6 V的电压表D；总阻值为的滑动变阻器F可使电路中的最小电流约为，而滑动变阻器E阻值太大，故滑动变阻器应选用F。（2）因电流表内阻与电源内阻大致相等且未知，故需采用电流表外接法（相对于电源来说），以避免电流表内阻引起的系统误差，原理图如图，

故需将a与与与h相连。
（3）用伏阻法测电源电动势与内电阻时，由闭合电路欧姆定律有，由此可得（或）、（或）、（或），故可以得到等线性图线。