2023版高考物理一轮总复习专题8恒定电流实验9测定电源的电动势和内阻课后提能演练

专题八　实验九

知识巩固练

1．(多选)用如图甲所示电路测电池的电动势和内阻时，由于电压表的分流作用造成系统误差，图乙所示的U－I图像中有两条直线AB和A′B，其中一条是根据实测数据画出的图线，另一条是修正电压表分流所引起的误差后得到的图线，由图可知(　　)

甲　　　　　乙

A．AB是根据实测数据画出的图线

B．A′B是根据实测数据画出的图线

C．路端电压U越大，通过电压表的电流越大

D．由于电压表的分流作用，使电池电动势和内阻的测量值小于真实值

【答案】ACD

2．实验室有量程是0～3 A(内阻较小)的电流表和0～3 V(内阻很大)的电压表，电阻箱R(最大值999.9 Ω)，滑动变阻器R′(0～2 kΩ)，固定电阻R1＝5 Ω，开关S，导线若干，欲测量某一电源的电动势E和内阻r(E略小于3 V，内阻较小)．

(1)由于电源内阻较小，要求固定电阻R1作为等效内阻的一部分，设计电路要求误差尽量小，且便于操作，能达到这一要求的电路是________．

　　　　　　　　　A　　　　　B　　　　　C　　　　D

(2)用正确的实验电路图得到的实验数据，作出的图像是一条倾斜的直线，其纵截距为b，斜率为k，则电动势E＝__________，内阻r＝________．(用b、k、R1表示)

【答案】(1)D　(2)　－R1

【解析】(1)由欧姆定律可知电路中最大电流为＝0.6 A，电流表量程3 A太大，所以不能采用图A、B、C测量电源输出电流．欲测量电源的电动势E和内阻r，能达到这一要求的电路是D．

(2)由闭合电路欧姆定律，E＝U＋·(R1＋r)，变形为＝＋(R1＋r)·，图像在纵轴截距b＝；图像斜率k＝(R1＋r)，解得E＝，r＝－R1．

3．小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻．

(1)上图中电流表的示数为________A．

(2)调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下：

请根据表中的数据，在下面的方格纸上作出U－I图线．

由图线求得：电动势E＝______V；内阻r＝______Ω．

(3)实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合．其实，从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为_____________．

【答案】(1)0.44　(2)U－I图像见解析图　1.6(1.58～1.62都算对)　1.2(1.18～1.26都算对)　

(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大

【解析】(1)由实验装置图可知电流表使用0.6 A量程，所以示数为0.44 A．

(2)描点画图如图所示，根据U＝－Ir＋E可得电动势为E＝1.6 V；图线的斜率绝对值等于内阻r＝1.2 Ω．

(3)干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大．

4．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1 Ω)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0.6 A，内电阻约1 Ω

B．电流表：量程3 A，内电阻约0.2 Ω

C．电压表：量程3 V，内电阻约30 kΩ

D．电压表：量程6 V，内电阻约60 kΩ

E．滑动变阻器：0～1 000 Ω，额定电流0.5 A

F．滑动变阻器：0～20 Ω，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)下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．

【答案】(1)A　D　F　(2)a　d　c　g　f　h

(3)　

【解析】(1)因三节干电池的电动势约为4.5 V，故电压表应选D；因干电池放电电流不宜超过0.5 A，故电流表应选A；由电压表和电流表的测量范围可知滑动变阻器选用F即可．

(2)本实验的实验电路应如图甲所示．为了连接成如图的实验电路，还需要用导线将a与d，c与g，f与h相连．

(3)实验时，电流表不再使用，电阻箱代替滑动变阻器，实验电路图如图乙所示，根据闭合电路欧姆定律得U＋r＝E，整理可得三种情况：

①＝·＋，以为纵坐标，为横坐标，在直角坐标系中图像为一条直线．

②U＝E－r·，以U为纵坐标，为横坐标，在直角坐标系中图像为一条直线．

③＝·R＋，以为纵坐标，R为横坐标，在直角坐标系中图像为一条直线．

综合提升练

5．在“测量电源电动势”的实验中，实验室提供的器材如下：待测电源E(放电电流不能太大)，电压表(量程大于待测电源的电动势)，标有长度的均匀电阻丝ab电阻约15 Ω，开关S，一端连有鳄鱼夹P的导线1，其他导线若干．

(1)实验中，用导线1、2、3、4、5、6按图甲所示方式连接电路，电路中所有元器件都完好，闭合开关之前，鳄鱼夹P应置于______(填“a”或“b”)端．

(2)闭合开关后，反复改变鳄鱼夹P的位置，电压表都有较大的示数但不变，则断路的导线为______(填数字代号)．

(3)排除故障后，闭合开关，改变鳄鱼夹P的位置，读出多组电压表示数U，和对应aP间的电阻丝长度L，由测得的数据，绘出了如图乙所示的图线，则电源电动势E＝________V(结果保留3位有效数字)．应用该实验中的数据________(填“能”或“不能”)测出该电源的内阻r．

甲　　　　　　　　　　乙

【答案】(1)b　(2)1　(3)2.94　不能

6．有一个约7 V的数码电池，无法从标签上看清其电动势等数据．现要更加准确地测量其电动势E和内电阻r，实验室备有下列器材：

A．电流表(量程0.6 A，内阻为3 Ω)

B．电压表(量程3 V，内阻为3 kΩ)

C．电压表(量程30 V，内阻为30 kΩ)

D．定值电阻R1＝500 Ω

E．定值电阻R2＝5 000 Ω

F．滑动变阻器(阻值范围0～30 Ω)

G．开关及导线

(1)该实验中电压表应选________，定值电阻应选________．(均填选项前的字母序号)

(2)电路图如图所示，将实物连线图补充完整．

(3)若将滑动变阻器滑片滑到某一位置，读出此时电压表示数为U，电流表示数为I，则电源电动势和内阻间的关系式为________________________．

【答案】(1)B　E　(2)见解析图　(3)E＝U＋r

【解析】(1)C量程太大，误差大．选择B，串联5 000 Ω的定值电阻，可以测8 V的电压，满足要求．

(2)实物连线如图．

(3)电压表示数为U，电流表示数为I时，路端电压为U＋×5 000＝U，干路电流为I＋，根据闭合电路欧姆定律得E＝U＋r．

7．电流传感器和电压传感器可以称作真正的“理想电表”，在DIS实验系统中常被用来进行精确测定．

(1)在如图所示实物电路中，定值电阻R0＝39.5 Ω，传感器________(填“M”或“N”)为电流传感器．

 (2)现利用此电路探究电源的输出功率P(传感器测得的电流I、电压U的值的乘积)随电阻箱电阻R的变化规律，同时为了测定电流表内阻RA，将待测电流表A串联在电路中．

①将自由端a接在c点，不断调节电阻箱的阻值，传感器测得多组电流I，电压U的值，由计算机处理得到当输出功率最大时，电阻箱阻值R1＝39.0 Ω，最大功率Pm1＝2.50 W；

②将自由端a改接d点，不断调节电阻箱阻值，当输出功率最大时，电阻箱阻值R2＝41.8 Ω．由此可知，电源内阻r＝_______Ω，电流表内阻RA＝_______Ω，电源电动势E＝________V．(结果保留1位小数)

【答案】(1)N　(2)②0.9　1.4　20.1

【解析】(1)除连接计算机的导线外，其他电路如图所示．N串联在电路中为电流传感器．

(2)当自由端a接c点时，外电路中电流表A与电阻箱串联，R0等效为电源内阻，电源输出功率最大时r＋R0＝R1＋RA；当自由端a接d点时，电源、定值电阻R0与电流表串联成等效内电路，电源输出功率最大时r＋R0＋RA＝R2，联立两式解得r＝0.9 Ω，RA＝1.4 Ω．由Pm1＝得电源电动势 E＝，代入数据得E≈20.1 V．