第10章　电路及其应用 第5讲　实验 测量电源的电动势和内阻-【人教版】2025新教材高考物理一轮基础练习

这是一份第10章　电路及其应用 第5讲　实验 测量电源的电动势和内阻-【人教版】2025新教材高考物理一轮基础练习，共7页。试卷主要包含了6 A、内阻为1，9 Ω)等内容，欢迎下载使用。

1.(2023浙江6月选考)在“测量干电池的电动势和内阻”实验中
(1)部分连线如图甲所示,导线a端应连接到 (选填“A”“B”“C”或“D”)接线柱上。正确连接后,某次测量中电压表指针位置如图乙所示,其示数为 V。
(2)测得的7组数据已标在如图丙所示U-I坐标系上,用作图法求干电池的电动势E= V和内阻r= Ω。(计算结果均保留2位小数)
丙
2.(2022湖北卷)某探究小组学习了多用电表的工作原理和使用方法后,为测量一种新型材料制成的圆柱形电阻的电阻率,进行了如下实验探究。
(1)该小组用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D,示数如图甲所示,其读数为 mm。再用游标卡尺测得其长度L。
甲
乙
(2)该小组用如图乙所示的电路测量该圆柱形电阻Rx的阻值。图乙中电流表量程为0~0.6 A、内阻为1.0 Ω,定值电阻R0的阻值为20.0 Ω,电阻箱R的最大阻值为999.9 Ω。首先将S2置于位置1,闭合S1,多次改变电阻箱R的阻值,记下电流表的对应读数I,实验数据见下表。
根据表中数据,在图丙中绘制出1I-R图像。再将S2置于位置2,此时电流表读数为0.400 A。根据图丙中的图像可得Rx= Ω(结果保留2位有效数字)。最后可由表达式ρ= (用D、L、Rx表示)得到该圆柱形电阻的电阻率。
丙
(3)该小组根据图乙的电路和图丙的1I-R图像,还可以求得电源电动势E= V,内阻r= Ω。(结果均保留2位有效数字)
(4)持续使用后,电源电动势降低、内阻变大。若该小组再次将此圆柱形电阻连入此装置,测得电路的电流,仍根据原来描绘的图丙的图像得到该圆柱形电阻的测量值会 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
3.某同学为了精确测量一节干电池的电动势和内阻,设计了如图甲所示的电路。
甲
实验室为其提供的实验器材如下:
①电压表V(量程0~1.0 V,内阻RV=10 kΩ)
②定值电阻R1=10 kΩ
③定值电阻R2=20 kΩ
④电阻箱R3(0~99.9 Ω)
⑤开关S和导线若干
回答下列问题:
(1)由于电压表的量程较小,需将电压表改装成量程为0~2 V的电压表,需 (选填“串”或“并”)联一定值电阻,该定值电阻应选择 (填器材的符号);
(2)实验时,将开关闭合,调节电阻箱的阻值,记录多组电压表的示数U以及对应的电阻箱的阻值R,然后根据记录的数据描绘出1U−1R的图像,如图乙所示,已知描绘图像时忽略了电压表的分流作用,若该图像的纵截距为b,斜率为k,则电源的电动势E= ,电源的内阻r= ;
乙
(3)如果不能忽略电压表的分流作用,则(2)中获得的电源内阻的测量值 (选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
4.(2024四川成都模拟)在有光照时,太阳能电池利用半导体“PN结”受光照射时的光伏效应发电,将光能转化为电能,可以视为一个电源。
某实验小组想用伏安法测量光照一定的情况下(电动势不变)某太阳能电池的电动势E(约3 V)和内阻r(5 ΩA.电压表V1:量程0~3 V,内阻约3 kΩ
B.电压表V2:量程0~15 V,内阻约15 kΩ
C.电流表A1:量程0~300 mA,内阻约0.3 Ω
D.电流表A2:量程0~3 A,内阻约0.03 Ω
E.滑动变阻器R:最大阻值为50 Ω
F.开关和导线若干
(1)为使测量结果尽量准确,能采集多组实验数据且便于实验操作,电流表应选 ,电压表应选 。(均填器材前的字母)
(2)将图甲所示的器材符号连线,画出实验电路原理图。
甲
(3)实验小组调节滑动变阻器测得多组电压和电流数据,并在坐标纸上描绘出光照一定情况下(电动势不变),电池的路端电压U与电流I的关系如图乙所示,他们发现当电流0≤I≤150 mA时,U与I成线性关系。则该电池的电动势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。(均保留2位有效数字)
乙
(4)在实验设定的光照下,在满足U与I成线性关系的条件下,该电池的最大输出功率为Pmax= W(保留2位有效数字)。
参考答案
第5讲 实验:测量电源的电动势和内阻
1.答案 (1)B 1.20 (2)1.50 1.04
解析 (1)电压表应直接测量路端电压,故导线a端接到B接线柱上。电压表示数为1.20 V。
(2)将图像向外延伸,与纵轴的交点即为电源的电动势E=1.50 V,图像的斜率即为电源的内阻r=1.50- Ω=1.04 Ω。
2.答案 (1)3.700 (2)6.0 πD2Rx4L
(3)12 3.0 (4)偏大
解析 (1)用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径D,其读数为3.5 mm+20.0×0.01 mm=3.700 mm。
(2)(3)由电路可知,当将S2置于位置1,闭合S1时,有E=I(RA+R0+r+R),即1I=1ER+RA+R0+rE,由图丙可知1E=4.9-2.035,解得E=12 V,RA+R0+rE=2,解得r=3.0 Ω,再将S2置于位置2,此时电流表读数为0.400 A,则E=I'(r+R0+RA+Rx),解得Rx=6.0 Ω,根据Rx=ρLS=ρL14πD2,解得ρ=πD2Rx4L 。
(4)因电源电动势变小,内阻变大,则电流表的读数变小,根据表达式E=I'(r+R0+RA+Rx),得到的Rx的值偏大,即Rx测量值偏大。
3.答案 (1)串 R1
(2)2b kb
(3)小于
解析 (1)由于电压表的量程较小,需将电压表改装成量程为0~2 V的电压表,电阻需要分压,所以要串联一定值电阻。电压表改装成量程为0~2 V的电压表,则Ugrg(rg+R)=Um,解得R=10 kΩ,故选R1。
(2)根据闭合电路欧姆定律E=2U+2UR·r,整理得1U=2rE·1R+2E
结合数学知识可知2rE=k,2E=b,得E=2b,r=kb。
(3)测得的电源内阻应等于电压表内阻RV与电阻R1之和再与电源内阻r并联后的阻值,即r测=(RV+R1)r真RV+R1+r真4.答案 (1)C A
(2)见解析图1
(3)2.9 7.3
(4)0.27
解析 (1)电动势E约为3 V,即电压最大测量值约为3 V,此时干路电流I=Er,解得干路电流约为150~600 mA,由以上分析可知,电压表应选择A,电流表应选择C。
(2)因内阻r较小,电流表的分压作用大于电压表的分流作用,故应用电压表测量路端电压,实验电路图如图1所示。
图1
(3)由闭合电路欧姆定律可知U=E-Ir,故图像的纵轴截距表示电源电动势,由图乙可知E=2.9 V,图像线性部分的斜率的绝对值等于内阻的大小r=|k|=2.9- Ω=7.3 Ω。
(4)当干路电流与路端电压成线性关系且内、外电阻相等时,电源的输出功率最大,在图乙上画出外电路电阻R=r=7.3 Ω的伏安特性图线,如图2所示。
图2
此时交点处电流约为195 mA,超出线性范围,若电阻R的图线在150 mA处与电源的伏安特性图线相交,得此时电阻R的阻值为R= Ω=12 Ω,此时外电路电阻大于内阻,若交点处电流继续减小,电阻R的阻值将增大,电源的输出功率减小,即外电路电阻R=12 Ω时,电源的输出功率最大,如图3所示
图3
此时,电路中干路电流I=0.15 A,路端电压U=1.8 V,电源的输出功率为Pmax=UI=1.8×0.15 W=0.27 W。
R/Ω
I/A
1I/A-1
5.0
0.414
2.42
10.0
0.352
2.84
15.0
0.308
3.25
20.0
0.272
3.68
25.0
0.244
4.10
30.0
0.222
4.50